DE4131563C2 - Verfahren zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs und thermoelektrisches Regelventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie ein thermoelektri­ sches Regelventil zur Durchführung des Verfahrens.

Im Zusammenhang mit einer optimalen Betriebsführung von mit Strömungsmitteln zentral betriebener und temperatur­ geregelter Heizungsanlagen für Wohneinheiten kommt der exakten Ermittlung und Erfassung der durch die Heizungs­ anlagen abgegebenen Wärmemenge und der daraus resultieren­ den verbraucherspezifischen Heizkosten eine immer größere Bedeutung zu.

Für die Messung der Wärmeabgabe einzelner Heizkörper wer­ den bevorzugt einfache Systeme eingesetzt, die aufgrund der systemeigenen Meßungenauigkeiten nur dazu dienen kön­ nen, einen für das Gesamtgebäude bekannten Wärmemengen­ verbrauch oder zumindest eine Teilmenge davon anteilig auf die von einem Verbraucher betriebenen einzelnen Heizflächen umzulegen.

Aus der großen Vielfalt bekannter Systeme lassen sich solche unterscheiden, bei denen die Heizkostenverteilung mit Hilfe von nach dem Verdunsterprinzip arbeitenden Hilfsmeßgeräten vorgenommen wird. Diese Geräte werden an den einzelnen Heizkörpern befestigt, wobei durch Wär­ meleitung die Oberflächentemperatur des entsprechen­ den Heizkörpers auf das Verdunstungsmeßgerät übertragen wird. Die Verdunstungsmenge der Flüssigkeit in den Verdun­ stungsröhrchen dient als Maß für die verbrauchte Wärme­ menge. Die Wärmemengenmessung nach dem Verdunstungsprinzip ist außerordentlich ungenau, bietet die Möglichkeit unerlaubter Manipulationen und ist in der Praxis von verschiedenen, nicht genau erfaßbaren Faktoren abhängig.

Neben den Verdunstungszählern werden elektronische Heiz­ kostenverteiler eingesetzt, die an einem bestimmten Punkt des Heizkörpers dessen Oberflächentemperatur messen und unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren das Zeitin­ tegral über die Oberflächentemperatur bilden. Auch diese Meßmittel sind, insbesondere bei geringem Heizmitteldurch­ satz äußerst ungenau.

Desweiteren sind Meßverfahren bekannt, bei denen die ver­ brauchte Wärmemenge mit sogenannten Wärmemengenzählern ermittelt wird. Diese Geräte erfassen unter Produktbildung die den Heizkörper durchströmende Heizwassermenge und die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Heizkörpers. Diese Methode zur Wärmemengenermittlung ist gerätetechnisch außerordentlich aufwendig und gleichzeitig kostenintensiv, da an jedem Heizkörper neben den Tem­ peraturmeßfühlern für Vor- und Rücklauf ein zusätzliches Meßgerät zur Erfassung des durchgesetzten Heizmediums installiert werden muß.

Darüber hinaus sind Meßsysteme bekannt, die ohne Erfassung der Strömungsmittelmenge allein durch Verknüpfung der aus der Vor- und Rücklauftemperatur ermittelten Temperatur­ spreizung, der Temperatur des zu beheizenden Raumes und heizkörperspezifischer Kennwerte, die sich aus in DIN- Vorschriften angegebenen bzw. vom Hersteller der Heiz­ körper ermittelten Auslegedaten ergeben, die verbrauchte Wärmemenge rechnergestützt ermitteln. Die vorgenannten Systeme setzen allerdings voraus, daß die entsprechenden Heizkörper stets so von dem Heizmedium durchströmt werden, daß sich eine gleichmäßige Oberflächentemperatur am Heizkörper ergibt. Diese Voraussetzung ist bei geregelten Heizungssystemen jedoch nicht der Fall, da sich die der Berechnung der Wärmemenge zugrundeliegenden Kennwerte des Heizkörpers, insbesondere der typabhängige Heizkörper­ exponent, in Abhängigkeit vom Drosselzustand der üblicher­ weise zur Regelung der Heizungsanlage eingesetzten thermostatischen Heizkörperventile undefiniert ändert. Da­ durch ergeben sich erhebliche Fehler bei der Ermittlung der verbrauchten Wärmemenge, so daß ein Einsatz derar­ tiger Systeme bei erhöhten Genauigkeitsanforderungen nicht vertretbar ist.

Aus der EP 0 065 201 B1 ist ein System zur Bestimmung der Wärmeabgabe von Raumheizungen bekannt, bei dem die Vorlauftemperatur, die Rücklauftemperatur und die Raum­ temperatur durch geeignete Meßfühler erfaßt werden und diese Meßwerte zusammen mit einer, nach DIN 4704 be­ stimmten ersten Heizungskonstanten und einer den Heizkör­ perexponenten darstellenden zweiten Heizungskonstanten der Ermittlung der verbrauchten Wärmemenge durch ein geeignet programmiertes Rechnersystem dienen. Das Rechnersystem enthält eine Korrektur-Einrichtung, durch welche ein Korrektursignal erzeugt wird, das den Drosselzustand des zur Heizungsregelung verwendeten thermostatischen Heizkör­ perventils berücksichtigt. Die Korrektur des die ver­ brauchte Wärmemenge darstellenden Signals erfolgt derart, daß das entsprechende Signal mit steigender Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur erhöht wird. Der sich in Abhängigkeit vom Drosselzustand des thermostatischen Heizkörperventils einstellende Heizmitteldurchsatz wird durch zwei empirisch ermittelte Festwerte berücksichtigt. Dadurch soll die sich bei Drosselstellung des Heiz­ körperventils aufgrund des verringerten Massedurchsatzes einstellende ungleichmäßige Temperaturverteilung auf der Heizkörperoberfläche berechnungsmäßig kompensiert werden. Auch wenn diese Verfahrensweise eine gewisse Verringerung des Fehlers bei der Ermittlung der verbrauchten Wärmemenge ermöglicht, kann der benutzte Korrekturfaktor nur einen Drosselzustand des Heizkörperventils exakt erfassen. Alle sich weiterhin durch die Regelung des Heizungssystems möglicherweise ergebenden Drosselstellungen des Heizkör­ perventils können nicht genau genug korrigiert werden. Damit stellt die vorgenannte Berechnungsmethode hin­ sichtlich ihrer Genauigkeit auch nur einen Kompromiß dar, der für eine höhere Genauigkeit bei der Ermittlung der verbrauchten Wärmemenge bzw. der Heizkosten nicht aus­ reichend ist. Es kommt nachteilig hinzu, daß die empirisch ermittelten Korrekturwerte für jeden Heizkörper neu fest­ gelegt werden müssen.

Ein Verfahren zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs von Raum­ heizkörpern, das auf der Bestimmung der AUF/ZU-Zeiten von Thermostatventilen basiert, ist aus DE 28 27 262 A1 be­ kannt.

Aus DE 38 28 229 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren be­ kannt.

Aus DE 29 23 462 A1 ist ein gattungsgemäßes thermoelektri­ sches Regelventil bekannt.

Aus DE 36 43 434 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der mit einem Wegmesser der Öffnungsgrad des Stellventils bestimmt werden kann.

Aus DE 33 02 315 A1 ist ein thermoelektrisches Regelventil bekannt, bei dem verschiedene Anordnungen des Heizelements möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, das auf einfache Weise die Ermittlung des Wärmeverbrauchs in einem geregel­ ten Heizungssystem mit höherer Genauigkeit ermöglicht, oh­ ne daß ein zusätzlicher geräte- und rechentechnischer Auf­ wand erforderlich ist. Es ist gleichsam Aufgabe der Erfin­ dung, eine Vorrichtung, insbesondere ein thermoelektri­ sches Regelventil, zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, in das mit einfachen konstruktiven Mitteln eine zum Steuern erforderliche Hilfsenergie eingebracht werden kann, um mit geringer Steuerleistung den Verfahrensanfor­ derungen zu genügen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 4 gelöst.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich an der Oberfläche eines von einem Heizmedium durchströmten Heizkörpers eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur­ verteilung einstellt, wenn sich das zur Regelung der Wärmeabgabe benutzte Heizkörperventil in einer Stellung genügend weit außerhalb des Schließbereichs befindet. Für eine genaue Ermittlung der durch den Heizkörper abgegebe­ nen Wärmemenge ist diese Bedingung von entscheidender Bedeutung, da die für deren Berechnung benutzten Kennwerte des Heizkörpers auf einen derartigen Zustand zugeschnitten sind.

Erfindungsgemäß wird deshalb die Ermittlung der Wärmever­ brauchswerte mit der ventilgesteuerten Temperaturregelung der Heizung gekoppelt, wobei die Temperaturregelung nur geöffnete oder geschlossene Ventilstellungen zuläßt und die Messung des Wärmemengenverbrauchs immer dann erfolgt, wenn sich das Heizkörperregelventil in der geöffneten Stellung befindet und die mittlere Oberflächentemperatur des Heizkörpers den durch Vorschriften festgelegten Norm­ wert von 28,5 Grad Celsius erreicht. Das Regelregime ist derart ausgelegt, daß eine zur Temperaturanpassung erfor­ derliche Umtastung des Regelventils von der geschlossenen Stellung in die geöffnete Stellung und umgekehrt in einem solchen Zeitabstand erfolgt, daß der Heizkörper eine im wesentlichen gleichmäßige Oberflächentemperatur annehmen kann.

Praktische Untersuchungen haben ergeben, daß bereits eine etwa 70prozentige Öffnung des Regelventils bezogen auf seinen Maximalhub zu einer gleichmäßigen Verteilung des Heizmediums innerhalb des Heizkörpers führt und demzu­ folge auch die, für eine genaue Wärmemengenberechnung erforderliche, gleichmäßige Oberflächentemperatur des Heizkörpers erreicht werden kann.

Die zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs benutzte Vorrichtung betrifft ein thermo­ elektrisches Regelventil, insbesondere ein thermostatisches Ventil, bei dem die zur Ventilsteuerung erforderliche zu­ sätzliche elektrische Hilfsenergie in Form einer Heiz­ leistung erheblich herabgesetzt werden kann und gleichzei­ tig der für das Verfahren zur Wärmemengenermittlung erfor­ derliche Ventilhub in kurzen Aktionszeiten realisierbar ist.

Energetische Vorteile und Verbesserungen im Hinblick auf einen Wärmeeintrag in das Arbeitselement eines an sich thermostatischen Ventils sind erzielbar, wenn innerhalb des Ventils konstruktiv vorhandene Wärmeübertragungs­ flächen ausreichend genutzt werden und dabei gleichzeitig eine unerwünschte Wärmeabgabe durch Wärmeleitung oder Strahlung vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird deshalb der durch das Arbeitselement des Thermostat-Ventils betätigte Ventilstößel zum Wär­ meeintrag in den Dehnstoff des thermostatischen Arbeits­ elements benutzt. Diese Lösung hat den wesentlichen Vor­ teil, daß nahezu die gesamte, zusätzlich zu Steuerungs­ zwecken benötigte Wärmemenge an dem gewünschten Ort der Verwendung wirksam gemacht werden kann. Mögliche Wär­ meverluste, die den Wärmeeintrag in das thermostatische Arbeitselement negativ beeinflussen, treten nur an der thermischen Verbindungsstelle zwischen der zusätzlichen Heizvorrichtung und dem Ventilstößel des Thermostat- Ventils auf. Diese Wärmeverluste können jedoch durch die konstruktive Gestaltung der Verbindungsstelle hinsichtlich eines guten Wärmeübergangs sehr klein gehalten werden. Besonders vorteilhaft ist es, die zusätzliche Heizvorrich­ tung als elektrisch ansteuerbares Widerstandsnetzwerk, das aus mindestens einem Widerstand besteht, auszubilden und mittels einer geeigneten Befestigungsvorrichtung am Ven­ tilstößel zu fixieren.

Das derart ausgerüstete Ventil arbeitet als thermo­ elektrisches Ventil, da der Einfluß der Umgebungstempera­ tur des Ventils bei Zuführung der elektrischen Hilfsener­ gie im Steuerungsvorgang nur noch eine untergeordnete Rolle spielt.

Die elektrischen Widerstände können aufgrund ihrer meist zylindrischen Form ohne besonderen konstruktiven Aufwand an dem Ventilstößel des thermoelektrischen Ventils befestigt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung einer gut wärmeleiten­ den Verbindung zwischen Ventilstößel und Widerstand als Befestigungsvorrichtung ein metallisches Klemmstück benutzt. Das Klemmstück besteht aus mindestens zwei, flächenförmig ausgebildeten Abschnitten geringer Höhe, die durch Stege miteinander verbunden sind. Die Klemmstück- Abschnitte besitzen jeweils eine Durchgangsöffnung, die, angepaßt an die Außenabmessungen von Ventilstößel und Widerständen, vorzugsweise im wesentlichen kreisförmig ausgebildet sind. Für die Montage der zusätzlichen Heiz­ vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Klemmstück aus zwei Abschnitten besteht, wird auf einfache Weise der Ventilstößel durch die eine Durchgangsöffnung und der Heizwiderstand durch die zweite Durchgangsöffnung des Klemmstücks geschoben. Erfindungsgemäß besitzt der Steg des Klemmstücks einen schmalen Schlitz, der mittig und parallel zur Längsachse des Klemmstücks angeordnet ist, um eine ausreichende Klemmwirkung beim Einbringen der einzelnen Bauteile in das Klemmstück zu sichern. Ein geringes Untermaß der Durch­ gangsöffnungen in Bezug auf die Durchmessermaße von Wider­ stand und Ventilstößel ist in diesem Fall von Vorteil. Die Klemmwirkung ist für die Erzielung eines guten Wärmeüber­ gangs wesentlich. Bei der vorbeschriebenen Anordnung lie­ gen die Längsachsen von Widerstand und Ventilstößel pa­ rallel, wenn die zusätzliche Heizvorrichtung im Ventil montiert ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die separate Befestigungsvorrichtung eine achtförmige Konfiguration auf.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besteht die separate Befestigungsvorrichtung als Klemmstück aus drei flächenförmigen Abschnitten geringer Höhe, die durch Stege miteinander verbunden sind. Die ein­ zelnen Abschnitte besitzen jeweils eine Durchgangsöffnung in der vorab beschriebenen Form. Dadurch besteht die Mög­ lichkeit, das Widerstandsnetzwerk der zusätzlichen Heiz­ vorrichtung aus zwei elektrischen Widerständen zu bilden und dadurch gegebenenfalls dem thermoelektrischen Ventil eine weitere Steuergröße aufzuschalten. Das Klemmstück weist nach dieser Ausführung eine im wesentliche sternför­ mige Konfiguration auf.

Sowohl bei der achtförmigen als auch bei der sternförmigen Ausführung der separaten Befestigungsvorrichtung liegen die einzelnen Abschnitte des Klemmstücks in einer Ebene. Für spezielle Bauformen der elektrischen Widerstände kann es bei der Montage der zusätzlichen Heizvorrichtung von Vorteil sein, die einzelnen Stege des Klemmstücks zu knicken, so daß die entsprechenden Klemmstück-Abschnitte in unterschiedlichen Ebenen zueinander angeordnet sind.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Widerstand durch eine Befestigungsvorrichtung in Form einer schmalen Schelle, die zwei Klemmhaken besitzt, direkt auf den Ventilstößel gepreßt. Bei dieser Art der Befestigung stehen die Längsachsen von Widerstand und Ventilstößel senkrecht zueinander.

Um eine gute Wärmeleitung und einen guten Wärmeübergang von dem wärmeerzeugenden Widerstand der zusätzlichen Heiz­ vorrichtung zum Ventilstößel zu erreichen, ist die separa­ te Befestigungsvorrichtung aus Kupfer hergestellt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht das Widerstandsnetzwerk der zusätzlichen Heizvorrichtung aus einem sogenannten Kaltleiter. Diese Art elektrischer Widerstände hat die Eigenschaft, über ei­ nen bestimmten Temperaturbereich einen nahezu konstanten Widerstandswert beizubehalten. Bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Umgebungstemperatur nimmt der Wider­ standswert des Kaltleiters sprunghaft um mehrere Zehner­ potenzen zu. Diese Eigenschaft kann auf vorteilhafte Weise genutzt werden, einen Überlastschutz für die zusätzliche Heizvorrichtung bzw. die Steuerungselektronik für das thermoelektrische Ventil ohne besonderen schaltungstech­ nischen Aufwand zu realisieren. Wird nämlich bei einer bestimmten Raumtemperatur ein falscher Stromwert für die zusätzliche Heizvorrichtung vorgegeben bzw. fließt durch einen elektrischen Kurzschluß in einem Anlagenteil der Steuerung, so wird die Erwärmung durch die Eigenschaften des Kaltleiters schadensverhindernd begrenzt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematisiert dargestellte Anordnung zur verfahrensgemäßen Messung und Regelung der Wärmeabgabe eines Heizkörpers,

Fig. 2 ein schematisiert dargestelltes Zeitdiagramm des Ventilhubs des zur verfahrensgemäßen Ermittlung des Wär­ meverbrauch benutzten thermoelektrischen Ventils und der Oberflächentemperatur eines entsprechenden Heizkörpers,

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung einer bevorzug­ ten Ausführungsform der Steuerung gemäß der Erfindung für ein thermoelektrisches Ventil,

Fig. 4 eine schematisierte Ansicht der bevorzugten Be­ festigungsform für die zusätzliche Heizvorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht der in Fig. 2 verwendeten Be­ festigungsvorrichtung,

Fig. 6 eine schematisierte Ansicht einer weiterhin mög­ lichen Form der Befestigung für die zusätzliche Heizvor­ richtung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die mögliche Form der Be­ festigung nach nach Fig. 4,

Fig. 8 ein Diagramm mit der schematischen Darstellung der Abhängigkeit des elektrischen Kaltleiters von der Um­ gebungstemperatur,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform der separaten Be­ festigungsvorrichtung für die zusätzliche Heizvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Rechner 36 zur Messung und Regelung der Wärmeabgabe eines Heizkörpers 32. Der Heizkörper 32, dessen Wärmeabgabe verfahrensgemäß ermittelt werden soll, ist über eine Vorlaufleitung 30 und eine Rücklaufleitung 31 an einen nicht dargestellten Heiz­ mittelkreislauf angeschlossen. In der Vorlaufleitung 30 ist ein Heizkörperventil 6 mit thermoelektrischem Ven­ tilaufsatz 2 installiert, welches von dem Rechner 36 in Abhängigkeit von dem Temperaturmeßwert des Raumluft-Tem­ peraturfühlers 35 entweder in die geöffnete oder die geschlossene Stellung gesteuert wird. Der Rechner 36 ist weiterhin mit einem Meßfühler 33, der die Vorlauftem­ peratur erfaßt und einem Meßfühler 34 zur Erfassung der Rücklauftemperatur verbunden. Durch den Rechner 36 werden nach bekannten mathematischen Zusammenhängen die Wärmeab­ gabe des Heizkörpers 32 berechnet und gleichzeitig die Regelung der Raumlufttemperatur vorgenommen. Die Berech­ nung des Wärmemengenverbrauchs erfolgt immer nur dann, wenn das Heizkörperventil 6 in seine geöffnete Stellung gesteuert worden ist.

In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf des Ventilhubs des für das Verfahren zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs eines Heizkörpers verwendeten thermoelektrischen Ventils und der entsprechende Temperaturverlauf an der Oberfläche des Heizkörpers 32 in schematisierter Form dargestellt. Die Ermittlung des Wärmeverbrauchs ist mit der Temperaturrege­ lung des Heizungssystems derart verknüpft, daß die Messung der Vor- und Rücklauftemperatur des Heizkörpers 32 stets dann erfolgt, wenn sich das thermoelektrische Ventil in seiner geöffneten Stellung befindet und die mittlere Oberflächentemperatur des Heizkörpers 32 einen Wert von 28,5 Grad Celsius überschritten hat. Diese Zeitbereiche sind durch T1 und T2 gekennzeichnet. Dadurch wird auf ein­ fache und zugleich vorteilhafte Weise erreicht, daß sich der Heizkörper zum Zeitpunkt der Messung in einem Zustand gleichmäßiger Durchströmung befindet, auf den alle weiteren, zur Berechnung der verbrauchten Wärmemenge erforderlichen und in DIN-Vorschriften festgelegten Heiz­ körperkenngrößen normiert worden sind. Diese Werte sind in einem zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs eingesetzten Rechner gespeichert und werden durch diesen mit den aktuellen Temperaturmeßwerten unter Bildung eines Zeitin­ tegrals zu der Kenngröße des Wärmeverbrauchs verknüpft. Dieser Wert zeichnet sich durch eine hohe Genauigkeit in Bezug auf die tatsächlich vom Heizkörper an den zu beheizenden Raum abgegebene Wärmemenge aus.

Die in Fig. 3 schematisch wiedergegebene vorteilhafte Ausführungsform des thermoelektrischen Regelventils 1 be­ steht im wesentlichen aus einem zu steuernden Heizkörper­ ventil 6 und einem thermoelektrischen Ventilaufsatz 2. Die Verbindung zwischen dem thermoelektrischen Ventilaufsatz 2 und dem Heizkörperventil 6 wird durch einen Ventilstößel 8 hergestellt, der an einem Ende den Ventilteller des Heiz­ körperventils 6 trägt und dessen gegenüberliegendes Ende innerhalb eines thermostatischen Arbeitselements 3 befind­ lich ist. Das im Inneren des Arbeitselements 3 angeordnete Ende des Ventilstößels 8 befindet sich in thermischem Wirkkontakt mit dem dort vorhandenen Dehnstoff 17. Im Be­ reich des im Inneren des thermoelektrischen Regelventils 1 zwischen thermoelektrischem Ventilaufsatz 2 und Heizkörperventil 6, technologisch bedingt, vorhandenen Freiraum 21 wird eine zusätzliche Heizvorrichtung 4 an dem Ventilstößel 8 angeordnet. Der elektrische Anschluß 5 der Heizvorrichtung 4 ist durch die Wandung des thermoelektri­ schen Regelventils 1 nach außen geführt.

In Fig. 4 ist eine vorteilhafte Befestigungsmöglichkeit für die zusätzliche elektrische Heizvorrichtung 4 an dem Ventilstößel dargestellt. Die Heizvorrichtung 4 besteht aus dem Widerstandsnetzwerk 20, das in der einfachsten Ausführungsform der Ventil-Steuerung aus einem elektrischen Widerstand besteht. Für die bevorzugte Aus­ führungsform wird als elektrischer Widerstand ein Kalt­ leiter 10 eingesetzt. Die Verbindung zwischen Kaltleiter 10 und dem Ventilstößel 8 wird mittels einer separaten Be­ festigungsvorrichtung in Form eines Klemmstücks 12 vorge­ nommen, dessen Ausgestaltung in Fig. 5 dargestellt ist. Das aus Kupfer bestehende Klemmstück 12 besitzt in vor­ teilhafter Weise eine im wesentlichen achtförmige Gestalt und besteht aus zwei flächenförmig ausgebildeten Abschnit­ ten 13, 14, die vorzugsweise in einer Ebene liegen und durch einen Steg 15 miteinander verbunden sind. Die Ab­ schnitte 13, 14 besitzen jeweils eine Durchgangsöffnung 18, 19, durch welche zum einen der Kaltleiter 10 und zum anderen der Ventilstößel 8 gesteckt werden, um den zur Steuerung des thermoelektrischen Regelventils 1 erforder­ lichen Wärmeeintrag in das Arbeitselement 3 zu ermögli­ chen. Die Durchgangsöffnungen 18, 19 sind, an die Außenma­ ße von Ventilstößel 8 und Kaltleiter 10 angepaßt, im we­ sentlichen kreisförmig ausgebildet. Um gleichermaßen eine gute Klemmwirkung zu erzielen und die Montage des Kaltlei­ ters 10 in das Klemmstück 12 bzw. die Montage des mit dem Kaltleiter 10 bestückten Klemmstücks 12 an den Ventilstö­ ßel 8 auf einfache Weise durchführen zu können, ist der die Abschnitte 13, 14 verbindende Steg 15 geschlitzt und die jeweilige Durchgangsöffnungen 18, 19 bezüglich der Au­ ßendurchmesser von Kaltleiter 10 und Ventilstößel 8 mit einem geringfügigen Untermaß versehen. Der schmale Schlitz 16 erstreckt sich zwischen den beiden Durchgangsöffnungen 18, 19 und verläuft in Richtung der Längsachse des Klemm­ stücks 12.

Der durch die so erreichte Klemmwirkung zwischen Klemm­ stück 12 und Kaltleiter 10 einerseits und Ventilstößel 8 andererseits ist wesentliche Voraussetzung für einen guten und ausreichenden thermischen Wirkkontakt, um die durch den Kaltleiter 10 bei Stromdurchfluß entwickelte Wärme­ menge über den Ventilstößel 8 in den Dehnstoff 17 des Arbeitselements 3 nahezu vollständig einbringen zu können.

Durch diese vorteilhafte Gestaltung der Verbindung des Kaltleiters 10 der zusätzlichen Heizvorrichtung 4 mit dem Ventilstößel 8 des Heizkörperventils 6 ist möglich, mit, im Vergleich zu üblicherweise verwendeten Steuereinrich­ tungen, nur etwa 10 bis 20% der elektrischen Leistung den für eine ausreichende Stellbewegung des Heizkörperventils 6 erforderlichen Wärmeeintrag in das thermostatische Ar­ beitselement 3 zu bewirken.

Praktische Versuche ergaben, daß bei Verwendung von PTC- Widerständen als Kaltleiter mit R = 1,1 kOhm nur eine elektrische Heizleistung von P = 0,5 Watt aufgewendet wer­ den mußte, um den für eine Steuerung des Heizkörperventils erforderlichen Ventilhub zu erreichen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Klemmstücks 12 ist in Fig. 9 dargestellt. Das Klemmstück 12 besitzt drei flächenförmig ausgebildete Abschnitte 13, 14.1, 14.2, die durch Stege 15 miteinander verbunden sind. Die Stege 15 sind ebenfalls zwecks Sicherung der erforderlichen Klemm­ wirkung geschlitzt. Das Klemmstück 12 besitzt eine im wesentlichen sternförmige Konfiguration und bietet auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit, eine Heizvorrichtung mit mehr als einem Widerstandselement zu positionieren. Diese Form des Klemmstücks 12 bietet die Voraussetzung, gegebenenfalls eine zusätzliche Steuergröße auf das Thermostat-Ventil 1 aufzuschalten, falls es für eine opti­ male Betriebsführung des Heizungssystems erforderlich ist.

Neben der in den Fig. 4 und 9 dargestellten Ausfüh­ rungsformen des Klemmstücks 12, bei denen die flächenför­ mig ausgebildeten Abschnitte 13, 14 in einer Ebene liegen, ist es für bestimmte Montageformen bzw. Anschlußvarianten für die Heizvorrichtung von Vorteil, die entsprechenden Abschnitte des Klemmstücks 12 in unterschiedlichen Ebenen anzuordnen. Dies kann auf einfache Weise erreicht werden, indem die mit einem Schlitz versehenen Stege abgewinkelt werden.

Eine weitere Ausgestaltungsform der separaten Befesti­ gungsvorrichtung ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt. Danach wird die Verbindung des Widerstands 9 der zusätz­ lichen Heizvorrichtung 4 mit dem Ventilstößel 8 mittels einer aus Kupfer bestehenden Schelle 11 hergestellt. Die Schelle 11 besteht aus einen, der Widerstandsform ange­ paßten Deckblech, an dem Haken 22 angebracht sind, mittels derer der Widerstand 9 bei der Montage fest gegen den zylindrischen Ventilstößel 8 gepreßt wird.

In Fig. 8 ist das Widerstands-Temperatur-Diagramm eines in der bevorzugten Ausführungsform der Steuerung verwen­ deten Kaltleiters schematisch dargestellt. Die Eigenschaft des PTC-Kaltleiters, seinen elektrischen Widerstand ab einem bestimmten Wert der Umgebungstemperatur um minde­ stens eine Zehnerpotenz sprungartig zu erhöhen, wird auf vorteilhafte Weise ausgenutzt, die Steuerung für das ther­ moelektrische Ventil vor thermischer Überlastung zu schüt­ zen. Ein, z. B. durch einen Kurzschluß in der die zusätzliche Heizvorrichtung 4 ansteuernden Einheit des Heizungsregelungssystems hervorgerufener, zu großer Steuerstrom erwärmt den Kaltleiter 10 derart, daß er eine Temperatur erhält, die außerhalb seines vorbestimmtem Regelbereichs liegt. Die daraufhin eintretende Strom­ begrenzung durch Widerstandserhöhung des Kaltleiters verhindert die thermische Überlastung der Ventilsteuerung.

Claims (23)

1. Verfahren zur Ermittlung des Wärmeverbrauchs von Raumheizkörpern einer temperaturgeregelten Zentralhei­ zungsanlage, bei dem die Vorlauftemperatur und die Rück­ lauftemperatur an einem mit einem thermoelektrischen Re­ gelventil ausgestatteten Heizkörper sowie die Temperatur des zu beheizenden Raums durch geeignet ausgebildete Meß­ fühler erfaßt werden und diese Meßgrößen zusammen mit ei­ ner, den gerätespezifischen Eigenschaften des jeweiligen Heizkörpers entsprechenden Heizungskonstanten rechentech­ nisch miteinander verknüpft werden und ein die vorgenann­ ten Werte verarbeitender Rechner ein Ausgangssignal bil­ det, das der verbrauchten Wärmemenge des Heizkörpers ent­ spricht, wobei die Ermittlung des Wärmeverbrauchs mit der Ventilsteuerung zur Temperaturregelung, bei der der Masse­ strom durch den Raumheizkörper (32) zur Regelung der Raum­ temperatur nur durch eine geöffnete oder geschlossene Ven­ tilstellung steuerbar ist, gekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der für die Ermittlung des Wärmeverbrauchs erforderlichen Temperaturmeßwerte im Rechner (36) immer nur dann erfolgt, wenn sich das Regelventil (1) des Heizkörpers (32) in derart geöffneter Stellung befindet, daß die Heizkörperoberfläche eine im wesentlichen gleich­ mäßige Temperaturverteilung aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umschaltung der Stel­ lung des thermoelektrischen Regelventils (1) so langsam erfolgt, daß nach jeder Öffnung eine gleichmäßige Erwär­ mung des Heizkörpers (32) eintreten kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die geöffnete Stellung des Regelventils (1) mindestens 70% des maximalen Ventilhubes entspricht.

4. Thermoelektrisches Regelventil zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, enthaltend ein Heizkörperven­ til und einen thermoelektrischen Ventilaufsatz mit einem in ihm befindlichen thermostatischen Arbeitselement, das durch eine zusätzliche elektrische Heizvorrichtung ther­ misch beaufschlagbar ist und das einen Ventilstößel auf­ weist, der das Ventil in Schließstellung bringt, wenn sich der Dehnstoff des thermostatischen Arbeitselements bei Er­ wärmung ausdehnt und dabei der Ventilstößel aus dem ther­ mostatischen Arbeitselement herausbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heizvorrichtung (4) mit dem aus dem thermostatischen Arbeitselement (3) herausragenden Abschnitt des Ventilstößels (8) thermisch in Wirkkontakt steht, so daß ein großer Ventilhub in kurzen Aktionszeiten realisierbar ist.

5. Regelventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Heiz­ vorrichtung (4) aus einem Widerstandsnetzwerk (20) be­ steht.

6. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (20) aus mindestens einem ohmschen Widerstand (9) besteht.

7. Regelventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk (20) aus mindesten einem Kaltleiter (10) besteht.

8. Regelventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Kaltleiter (10) ein PTC-Widerstand eingesetzt ist.

9. Regelventil nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Wirkkontakt zwischen der zusätzlichen Heiz­ vorrichtung (4) und dem Ventilstößel (8) durch eine sepa­ rate Befestigungsvorrichtung hergestellt ist.

10. Regelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Befesti­ gungsvorrichtung in Form einer Schelle (11) ausgeführt ist.

11. Regelventil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Heizvorrichtung (4) und dem Ventilstößel (8) durch die Schelle (11) so erfolgt, daß die Längsachsen der beiden verbundenen Teile rechtwinklig zueinander stehen.

12. Regelventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Befesti­ gungsvorrichtung in Form eines Klemmstücks (12) ausgeführt ist.

13. Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Heizvorrichtung (4) und dem Ventilstößel (8) zwecks Herstellung des thermischen Wirkkontakts durch das Klemm­ stück (12) so erfolgt, daß die Längsachsen der beiden ver­ bundenen Elemente parallel zueinander verlaufen.

14. Regelventil nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß die separate Befestigungsvorrichtung aus einem Material besteht, das gute Wärmeleiteigenschaften aufweist.

15. Regelventil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die separate Befesti­ gungsvorrichtung aus Kupfer besteht.

16. Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (12) aus mindestens zwei, durch wenigstens einen Steg (15) mitein­ ander verbundenen, flächenförmig ausgebildeten und Durch­ gangsöffnungen (18, 19) aufweisenden, Abschnitten (13, 14) geringer Höhe besteht.

17. Regelventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (15) einen, im wesentlichen in Längsrichtung des Klemmstücks (12) ver­ laufenden, Schlitz (16) aufweist.

18. Regelventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen (18, 19) in den beiden Abschnitten (13, 14) des Klemm­ stücks (12) jeweils im wesentlichen kreisförmig ausgebil­ det sind.

19. Regelventil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (12) ei­ ne im wesentlichen achtförmige Konfiguration besitzt.

20. Regelventil nach einem der Ansprüche 12 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmstück (12) drei flächenförmig ausgebildete Abschnit­ te (13, 14.1, 14.2) aufweist und eine im wesentlichen sternförmige Konfiguration besitzt.

21. Regelventil nach einem der Ansprüche 12, 16, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenförmig ausgebildeten Abschnitte (13, 14, 14.1, 14.2) des Klemmstücks (12) in einer Ebene angeordnet sind.

22. Regelventil nach einem der Ansprüche 12, 16, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen flächenförmig ausgebildeten Abschnitte (13, 14, 14.1, 14.2) des Klemmstücks (12) in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.

23. Regelventil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Durchgangs­ öffnung (18) des ersten Abschnitts (13) des Klemmstücks (12) der Ventilstößel (8) gesteckt ist und in der Durch­ gangsöffnung (19) des zweiten Abschnitts (14) des Klemm­ stücks (12) das Heizelement (10) der Heizvorrichtung (4) angeordnet ist.