DE4203613C2 - Steuersystem für Raumheizanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Raum­ heizanlagen. Diese umfassen in verschiede­ nen Räumen angeordnete wärmeabgebende Elemente, die in verschiedenster Weise ausgebildet sind. Diese Elemente sind alle jeweils über ein einstellbares Raum­ ventil mit der Vorlaufleitung eines Wärmefluid-Umlauf­ kreises mit Umwälzpumpe verbunden, der über ein ein­ stellbares Mischventil an eine oder mehrere Heizquel­ len angeschlossen ist. Das Steu­ ersystem arbeitet in Abhängigkeit von einer einstellba­ ren Soll-Temperatur und einer durch Temperaturfühler gemessenen Ist-Temperatur und kann in Abhängigkeit davon die Stellung des Mischventils steuern bzw. die Umwälzpumpe ein- bzw. ausschalten (vgl. DE 40 19 503 A1).

Es ist durch Benutzung bekannt, auch die Außentemperatur durch einen Außentemperaturfühler zu berücksichti­ gen. Ferner ist zumeist in einem der Räume ein Thermo­ stat angeordnet, der die Ist-Temperatur ermittelt. Häu­ fig kann die Umwälzpumpe auch direkt und ausschließ­ lich in Abhängigkeit von diesen Thermostaten ein und ausgeschaltet werden. Ferner ist es bekannt den einzel­ nen wärmeabgebenden Elementen statt eines einfachen Raumventils ein Thermostatventil zuzuordnen um die Temperaturabgabe in den einzelnen Räumen unabhän­ gig beeinflussen zu können (vgl. DE 31 23 649 A1, wie unten näher erläutert).

Ein Steuerverfahren für eine Raumheizanlage beschreibt auch die DE 31 17 789 A1, allerdings nur im Zusammenhang mit der Unterscheidung kurzer und langer Raumlüftzeiten.

Diese bekannten Systeme arbeiten relativ träge und benötigen zur schnelleren Anpassung die Messung auch der Außentemperatur. Ferner sind sie relativ ungenau, da die Ist-Temperatur nur eines der Räume für die zen­ trale Regelung erfaßt wird. Damit die Thermostatventi­ le an den einzelnen Heizkörpern auch wirksam sind, muß im System dauernd mit relativ hoher Vorlauftem­ peratur gearbeitet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung hier Abhilfe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gern. Anspruch 1 gelöst. Es geht der Erfindung gern. Anspruch 1 dabei darum, eine Vorlauftemperatur zu ermitteln und die für jeden Raum ermittelte raumspezifische Vorlauftemperatur miteinander zu vergleichen, um die jeweils höchste benötigte Vorlauftemperatur auswählen zu können. Dazu ist es nicht zwingend erforderlich, daß diese berechnete höchste Vorlauftemperatur, die gemäß Anspruch 1 der Maximalwertauswahl unterliegt, in ihrer Höhe genau stimmt und dann auch genau eingestellt wird. Es ist nur eine maximale von mehreren Vorlauftemperaturen auszuwählen, die dann dazu führt, daß das zugehörige Raumventil voll geöffnet wird und die anderen Raumventile, die nicht ausgewählt worden sind, demgegenüber gedrosselt werden.

Die Druckschrift DE 31 23 649 A1 (Duras) verwendet Thermostate, die Ventile steuern, und diese Thermmostate verwendet die Erfindung nicht. Auch gibt der Anspruch 1 definitiv an, daß ein zentrales, aber individuelles Öffnen, Drosseln und Schließen der Raumventile in Abhängigkeit von der jeweiligen Soll- und Ist-Temperatur vorgenommen werden soll. Das Steuersystem ist also zentral und es sind keine Thermostate vorgesehen, die maßgebende Grundlage der DE 31 23 649 A1 sind, wie auf der dortigen Seite 2 im zweiten Absatz angegeben. Sie beschreibt ein gänzlich anderes Regelungskonzept. Ein gänzlich anderes Regelungskonzept wird auch von der DE 33 35 226 A1 (Gossen) beschrieben, dort auf Seite 6 in den ersten beiden Absätzen umrissen. Kern dieses Standes der Technik ist eine Ermittlung eines Wärmebedarfsprofils, orientiert an den Sollwerten. Die Sollwerte werden vorgegeben und der Wärmebedarf eines gesamten Hauses wird ermittelt und mittels einer Mischerregelung eingestellt. Das erfolgt dort mit einer zentralen Steuerung (vgl. Seite 9, zweiter Absatz), die von dezentralen Intelligenzen (dort Stelldose 1 und Raumfühlerdose 2) Meßwerte erhält, auch Sollwerte. Die dezentral vorgebenen Sollwerte werden dann zentral erfaßt, und es wird über die Mischerregelung eine Vorlauftemperatur des Heizmediums gemäß dem ermittelten Wärmebedarf aller Verbraucher errechnet und eingestellt. An diesem Regelungskonzept, das in Blockschaltbild-Form in der dortigen Fig. 4 beschrieben ist, ist keine Maximalwertauswahl erkennbar, und es ist bei dieser Regelung nach wie vor so, daß der Raumtemperaturregler das Raumventil selbst steuert und führt, ohne daß es zentral aber individuell geöffnet, gedrosselt oder geschlossen wird, abhängig von dem zentralen Steuersystem, wie es der Anspruch 1 der Erfindung angibt.

Dieses neue System reagiert und arbeitet außeror­ dentlich rasch und empfindlich und ermöglicht die ge­ naue Einhaltung unterschiedlicher Soll-Temperaturen in den verschiedenen Räumen.

Das Steuersystem kann wie bisher über die Verstel­ lung des Mischventils und/oder über die Ein- oder Aus­ schaltung und ggf. auch über die volumetrische Rege­ lung der Umwälzpumpe die Vorlauftemperatur des Wärmefluid-Umlaufkreises generell auf den benötigten oder optimalen Wert einsteuern. Dazu ist jedoch nicht mehr die Erfassung der Außentemperatur erforderlich, da das Steuersystem auf Abweichungen zwischen Soll- Temperatur und Ist-Temperatur in den verschiedenen Räumen außerordentlich schnell und effektiv reagieren kann. Dies ist dadurch möglich, daß die zur Verfügung stehende Wärmemenge in der Vorlaufleitung geballt zunächst dem Raum zugeführt wird, der zum Ausgleich zwischen Ist-Temperatur und Soll-Temperatur die größte Wärmemenge benötigt. Die weniger bedürftigen Räume müssen demgegenüber eine Zeitlang zurückste­ hen, bis der Wärmebedarf des zunächst bevorzugten Raumes etwa auf den Wärme bedarf der anderen Räume abgesunken ist. Dieser Vorgang von Ermittlung der be­ nötigten Vorlauftemperaturen, der Auswahl der höch­ sten benötigten Vorlauftemperatur und der entspre­ chenden Öffnung bzw. Drosselung der verschiedenen Raumventile setzt sich laufend fort, so daß nach einer gewissen Zeit ein anderer Raum vom Steuersystem be­ vorzugt wird, der dann den größten Wärme bedarf hat. Auf diese Weise wird der Wärme bedarf der verschiede­ nen Räume auch bei in den Räumen unterschiedlichen Soll-Temperatureinstellungen rasch und sehr effektiv an einen annähernden Gleichgewichts­ zustand angeglichen. Äußere Einflüsse auf den Wärme­ bedarf des Raumes werden durch das Steuersystem au­ tomatisch und individuell indirekt erfaßt und direkt aus­ geglichen. Hierzu gehören Wärmeisolierung des Rau­ mes, Außentemperatur, Einwirkung von kaltem Wind oder warmer Sonneneinstrahlung oder dergleichen. Thermostate an den einzelnen wärmeabgebenden Ele­ menten werden nicht benötigt, ja sie wären sogar stö­ rend für das System.

Das Steuersystem kann aber auch jeden Kälteein­ bruch in einem Raum z. B. bei offenstehender Tür oder geöffnetem Fenster zuverlässig erkennen und kann dar­ auf steuerungsmäßig in der gleichen Weise, wie zuvor beschrieben, reagieren. Aus dem Gradienten des Abfalls der Ist-Temperatur kann das Steuersystem erkennen, ob es sich um einen ernst zu nehmenden Kälteinbruch handelt. Es reagiert zunächst darauf so, daß der Raum mit dem Kälteinbruch in der Wärmemengenzufuhr be­ vorzugt wird und zwar auf Kosten der anderen Räume. Erst wenn die Ist-Temperatur anzeigt, daß der Kältein­ bruch länger als erwünscht anhält, ein geöffnetes Fen­ ster z. B. vergessen ist, kann das Steuersystem die Wär­ mezufuhr zu diesem Raum auf einen minimalen Wert drosseln und die Drosselung der Wärmezufuhr zu den anderen Räumen wieder rückgängig machen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Steuersystem ein Mel­ de- oder Alarmsystem auslöst.

Aus dem Anstiegsgradienten der Temperatur nach einem Kälteinbruch kann das Steuersystem erkennen, daß z. B. das zuvor geöffnete Fenster geschlossen wor­ den ist. Das Steuersystem sorgt dann dafür, daß die Bevorzugung dieses Raumes rechtzeitig abgebrochen wird, wenn sich die Ist-Temperatur der Soll-Temperatur wieder annähert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schemati­ scher Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Steuersystem gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine typische Temperatur-Zeitkurve eines Rau­ mes wie sie von dem Steuersystem erfaßt und für die Steuerung berücksichtigt wird.

Fig. 1 zeigt eine typische Raumheizungsanlage in ver­ einfachter Ausführungsform. Es wird angenommen, daß drei Räume 1 bis 3 heizungsmäßig versorgt werden müssen. Jedem Raum ist wenigstens ein wärmeabge­ bendes Element 11a, 11b, 11c zugeordnet. Dieses kann in beliebiger bekannter Weise ausgebildet sein. Jedes wärmeabgebende Element liegt in einem Wärmefluid- Umlaufkreis 30, der - in Strömungsrichtung gesehen - von einem Mischventil 8 ausgeht, eine Umwälzpum­ pe 9 und einen die Vorlauftemperatur messenden Füh­ ler 15 und für jeden Raum ein steuerbares Raumventil 12a, 12b und 12c aufweist.

Ferner ist jedem Raum ein Temperaturfühler 10a, 10b, 10c zugeordnet, der die Ist-Temperatur des Rau­ mes mißt.

Das Mischventil 8 ist so verstellbar, daß ein ge­ wünschter Anteil des Wärmefluids aus der Rücklauflei­ tung des Umwälzkreises 30 durch einen Heizungsofen oder dgl. Wärmequelle 6 oder durch den Wärmetau­ scher 7 eines die Heizquelle kund eine Umwälzpumpe 6a umfassenden Heizkreises fließt. Über das Mischven­ til 8 kann somit die Vorlauftemperatur in der Vorlauflei­ tung 31 des Umwälzkreises 30 eingestellt werden. Die Vorlauftemperatur bzw. die Wärmemenge kann auch beeinflußt werden durch Ein- oder Ausschalten der Um­ wälzpumpe 9 oder auch durch Verwendung einer in ihrer volumetrischen Leistung regelbaren Umwälzpum­ pe.

Das Steuersystem weist eine zentrale Steuereinrich­ tung 4 mit einem Rechner 14 auf, dem ein Zeitgeber 5 zugeordnet ist. Es ist ersichtlich, daß die Raumtempera­ turfühler 10a bis 10c ebenso wie die Temperaturfühler 16 für die Rücklauftemperatur und 15 für die Vorlauf­ temperatur im Umwälzkreis 30 an die zentrale Steuer­ einheit 4 angeschlossen sind und diese mit den entspre­ chenden Meßwerten beliefert. An der zentralen Steuer­ einrichtung kann für jeden Raum eine individuell ein­ stellbare Vorwähleinrichtung 13a bis 13c für die Raum- Soll-Temperatur vorgesehen sein. Die Vorwahl kann auch in den einzelnen Räumen erfolgen.

Die Steuereinrichtung 4 ist über entsprechende Steu­ erleitungen mit dem einstellbaren Mischventil 8 und der ein- und ausschaltbaren bzw. volumetrisch regelbaren Umwälzpumpe 9 verbunden.

Die Vorlaufleitung 31 ist mit den wärmeabgebenden Elementen 11a bis 11c in den verschiedenen Räumen 1 bis 3 jeweils über ein regelbares Ventil 12a, 12b, 12c verbunden, welche über Steuerleitungen mit der zentra­ len Steuereinheit 4 verbunden sind.

Die zentrale Steuereinrichtung 4 kann zusätzlich ein Melde- oder Warn-System 11, z. B. in Form von Warn­ leuchten, aufweisen.

In der Praxis kann die zentrale Steuereinrichtung 4 an einer übersichtlichen und leicht zugänglichen Stelle im Gebäude angeordnet sein, so daß im Vorbeigehen die momentane Arbeitsweise und die Einstellungen und et­ waige Warnmeldungen wahrgenommen werden kön­ nen. Das Meldesystem 11 kann aber auch getrennt von der Einrichtung 4 an übersichtlicher Stelle für sich allein angeordnet sein.

Die Arbeitsweise wurde im einzelnen weiter oben schon besprochen. Die Steuereinrichtung erfaßt über die Fühler 10a bis 10c die jeweilige Ist-Temperatur in den verschiedenen Räumen. Die Soll-Wert-Temperatu­ ren werden entsprechend vorgegeben. Die Vorlauftem­ peratur in der Vorlaufleitung 31 kann z. B. in Abhängig­ keit der größten Differenz oder der Summe der Diffe­ renzen zwischen Soll-Temperaturen und Ist-Tempera­ turen über die Regelung des Mischventils 8 und/oder der Umwälzpumpe 9 eingeregelt und über den Tempe­ raturfühler 15 überwacht werden. Hierzu kann auch die Rücklauftemperatur vom Fühler 16 als Steuergröße be­ rücksichtigt werden.

Die Heizkörper oder dgl. Elemente 11a bis 11c in den einzelnen Räumen werden individuell über die Ventile 12a bis 12c angesteuert. Auf diese Weise kann in den Räumen für die Einhaltung unterschiedlicher Soll-Tem­ peraturen mit großer Genauigkeit Sorge getragen wer­ den. Die Soll-Temperaturen können nicht nur bei 13a bis 13c vorgewählt werden, sondern sie können auch über die Zeitschaltuhr 5 nach einem vorbestimmten Programm verändert werden. Diese Änderungen wer­ den durch den Rechner 14 automatisch berücksichtigt, um ggf. bei einer solchen Änderung den Raum heraus­ zufinden, für den die höchste Vorlauftemperatur benö­ tigt wird, um für diesen Raum das Raumventil 12a voll zu öffnen und entsprechend die anderen Ventile zu drosseln, so daß die in der Vorlaufleitung 31 zugeführte Wärmemenge vornehmlich dem Raum zugeführt wer­ den, der zum ungleichen der Ist-Temperatur an die durch das Programm oder die Handeinstellung verän­ derte Soll-Temperatur größte Wärmemenge benötigt Entsprechendes gilt für die ständige Überwachung der Raumtemperatur ebenso wie für den Anheizvorgang oder für den Fall eines plötzlichen Kälteeinbruches, also Absinkens der Ist-Temperatur, wie dies beim Öffnen einer Tür oder eines Fensters der Fall sein kann.

Dieser Fall ist anhand der Temperatur-Zeitkurve in Fig. 2 dargestellt. Die gestrichelte Linie gibt die einge­ stellte Soll-Temperatur wieder, die in diesem Fall unver­ ändert bleibt. Die Ist-Temperatur 20 war zunächst auf die Soll-Temperatur genau und gleichbleibend einge­ steuert, bis beim Punkt A ein Kälteeinbruch erfolgt, so daß die Ist-Temperatur mit vorbestimmten Gradienten bei 21 abfällt. Der Abfall kann bis auf einen Tempera­ turwert bei 22 erfolgen. Der Rechner 14 kann über den Zeitgeber 5 die Dauer des Kälteeinbruches überwachen und bei länger anhaltendem Kälteeinfall das Raumventil des betreffenden Raumes schließen oder auf einen nied­ rigen Temperaturweg drosseln und bei 11 eine entspre­ chende Meldung oder Warnung geben.

Normalerweise wird das System auf das Absinken der Temperatur bei 21 mit einem vollen Öffnen des betref­ fenden Raumventils und einem Drosseln der anderen Raumventile reagieren, um so dem Kälteeinbruch in dem Raum zu begegnen und die Voraussetzung zu schaffen, daß die Ist-Temperatur des Raumes möglichst schnell wieder an die Soll-Temperatur angeglichen wird. Dieser Vorgang kann in Abhängigkeit von dem Gra­ dienten des Temperaturanstieges bei 23 in Fig. 2 gesteu­ ert werden der signalisiert, daß die Kältequelle abge­ schaltet, z. B. das Fenster wieder geschlossen worden ist. Die Steuereinheit 4 stellt den normalen Überwachungs- und Steuerzustand rechtzeitig vor Erreichen des Tem­ peraturpunktes B wieder her.

Claims (5)

1. Steuersystem für eine Raumheizanlage mit wärmeabgebenden Heizelementen (11a-11c) in verschiedenen Räumen (1-3);
wenigstens einer Heizquelle (6); einem über ein einstellbares Mischventil (8) mit der Heizquelle (6) verbundenen Umwälzkreis (30), welcher das Mischventil (8) und eine Umwälzpumpe enthält und dessen Vorlaufleitung über einzelne, verstellbare Raumventile (12a-12c) ohne Thermostaten mit den Heizelementen (11a-11c) verbunden ist;

• - welches Steuersystem (4) in Abhängigkeit von den jeweiligen Soll- und Istwerten der Raumtemperatur die Raumventile (12a-12c) zentral, aber individuell öffnet, drosselt oder schließt;
• - wobei das Steuersystem (4) eine Recheneinheit (14) aufweist, die für jeden Raum (1, 2, 3) in Abhängigkeit von den voneinander unabhängigen Raum-Solltemperaturen (13a-13c) und den Raum-Isttemperaturen (10a-10c) eine raumspezifische Vorlauftemperatur für das Wärmefluid ermittelt, die ermittelten raumspezifischen Vorlauftemperaturen miteinander vergleicht und aus diesen jeweils die höchste ermittelte Vorlauftemperatur auswählt;
• - um das den zugehörigen Raum (1, 2; 3) betreffende Raumventil (12a; 12b; 12c) voll zu öffnen und die anderen Raumventile (12c; 12b; 12a) zu drosseln.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (14) die zeitliche Änderung des Ist-Wertes der Temperatur (10a; 10b; 10c) in jedem Raum (1, 2, 3) überwacht und bei einem vorbestimmten Abfall-Gradienten der Temperatur/Zeitkurve eines Raumes das diesem Raum zugeordnete Raumventil (12a; 12b; 12c) öffnet und gleichzeitig die Raumventile der anderen Räume drosselt.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (14) dann, wenn der bzw. ein Abfall der Temperatur/Zeitkurve über eine vorbestimmte Zeitdauer (24) hinaus anhält, das dem Raum (1, 2, 3) zugeordnete Raumventil (12a; 12b; 12c) gänzlich schließt oder stark drosselt und die Drosselung der Raumventile der anderen Räume rückgängig macht.

4. Steuersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (14) bei einem vorbestimmten Anstiegs-Gradienten der Temperatur/Zeitkurve des Raumes für den zuvor ein bestimmter Abfall der Ist-Temperatur festgestellt wurde, das diesem Raum zugeordnete Raumventil wieder drosselt und die Drosselung der Raumventile der anderen Räume rückgängig macht.

5. Steuersystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit mit dem Schließen oder starken Drosseln des betreffenden Raumventils ein zentrales Melde- oder Alarmsystem (11) auslöst.