DE2939586C2 - Verfahren und Anordnung zur Regelupng der Wassertemperatur von Warmwasser-Flächenheizungen mit Nachtabsenkung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wassertemperatur von Warmwasser-Flächenheizungen mit Nachtabsenkung, insbesondere Warmwasser-Fußbodenheizungen, bei dem die Vorlauftemperatur unter Verwendung der Außentemperatur als Führungsgröße geregelt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Diese Art der Regelung der Vorlauftemperatur von Flächen- bzw. Fußbodenheizungen, bei der die Außentemperatur als Führungsgröße verwendet wird, ist beispielsweise aus der DE-OS 27 24 338 bekannt

Bei diesen bekannten Regelsystemen mit außentemperaturabhängiger Regelung der Vorlauftemperatur führte gerade das rasche Reagieren, d. h. die sehr geringe Totzeit des Regelkreises bei Verwendung der Vorlauftemperatur als Regelgröße im Anschluß an die Nachtabsenkung zu einer relativ langsamen Aufheizung der zu beheizenden Räume. Dies liegt daran, daß die Vorlauftemperatur nach Beendigung der Nachtabsenkung auf den für den Tagbetrieb in Abhängigkeit von Außentemperaturen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird, die Raumtemperatur dem begrenzten Temperatursprung der Warmwasser-Vorlauftemperatur jedoch nur langsam folgen kann. Der Heizungsbenutzer muß daher über einen begrenzten Zeitraum nach der Aufhebung der Nachtabsenkung eine relativ niedrige Zimmertemperatur in Kauf nehmen. Zwar besteht die Möglichkeit, durch geeignete Rückverlegung des Zeitpunkts der Aufhebung der Nachtabsenkung die unangenehme Untertemperatur des Raums zu vermeiden, jedoch ist der Verbraucher erfahrungsgemäß an einer möglichst langen Nachtabsenkungsperiode interessiert, und eine tägliche Umstellung der Nachtabsenkungsperiode erscheint arbeitsaufwendig und störend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch die Warmwasser-Flächenheizung beheizten Räume nach Beendigung der Nachtabsenkung möglichst schnell wieder aufzuheizen.
Ausgehend von dem Verfahren der eingangs angegebenen Art, sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß nach der Aufhebung der Nachtabsenkung unter Messung der Rücklauftemperatur solange verstärkt aufgeheizt wird, bis die Rücklauftemperatur einen von der Außentemperatur abhängigen Grenzwert erreicht, und daß danach wieder die Vorlauf temperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt wird. Zum Zwecke der verstärkten Aufhetzung wird beispielsweise mit Hilfe eines Dauersignals als Stellsignal der Warmwasserzulauf über einen Motor-Mischer voll aufgesteuert, so daß die Vorlauftemperatur der Warmwasser-Flächenheizung praktisch sprungartig auf einen Maximalwert gebracht wird. Bei herkömmlichen Regelsystemen unter Verwendung der Außentempera-

tür als Führungsgröße der Vorlauftemperatur würde der Motor-Mischer relativ rasch wieder zurückgestellt, ohne daß dem zu beheizenden Raum ein Wärmeschub zugeführt werden könnte. Die erfindungsgemäß nach der Nachtabsenkung als Bezugstemperatur verwendete -, Rücklauftemperatur folgt dagegen dem sprunghaften Anstieg der Vorlauftemperatur nur sehr zögernd, da die Flächenheizung wegen der vorhergehenden Nachtabsenkung eine besonders große Wärmemenge an den zu beheizenden Raum abgibt und einen entsprechend κι großen Temperaturabfall zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperaturen herbeiführt. Die wesentlich größere Totzeit bei Verwendung der Rücklauftemperatur als Meßgröße erweist sich daher für die verstärkte Aufheizung als günsiig, da sie dazu führt, daß der r> gewünschte Regelungseffekt, nämlich eine rasche Erhöhung der Raumtemperatur auf den für den Tagbetrieb vorgesehenen Sollwert, erreicht wird.

Bei Verwendung der Rücklauftemperatur als Meßgröße ist andererseits die Totzeit des Regelsystems nicht so groß wie bei Verwendung der Raumtemperatur als Meßgröße für die Begrenzung der Periode verstärkter Aufheizung. Ein bis zum Erreichen des Grenzwerts der Rücklauftemperatur und Umschalten auf die normale Regelung bei Tagbetrieb mögliches 2^r, Überschreiten des Sollwerts der Raumtemperatur bleibt daher in Grenzen.

Zum Schutz der Heizungsrohre der Flächen- bzw. Fußbodenheizung gegen unzulässig hohe Warmwassertemperaturen während der Phase der verstärkten jo Aufreizung ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß nach Aufhebung der Nachtabsenkung auch die Vorlauftemperatur laufend überwacht und mit einem einer maximalen Vorlauftemperatur entsprechenden vorgegebenen Wert verglichen wird und daß die js verstärkte Aufheizung unterbrochen wird, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur den vorgegebenen Maximalwert erreicht

Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein die Vorlauftemperatur beeinflussendes Stellglied, einen auf das Stellglied wirkenden Regler, mit dem Regler verbundene Temperaturfühler und eine zur Zeitsteuerung der Nachtabsenkung einen Sollwertsteller im Regler verstellende Uhr auf und zeichnet sich dadurch aus, daß die Uhr bei Aufhebung der Nachtabsenkung ein Schaltsignal an ein Schaltglied anlegt, das das Stellglied mit einem die verstärkte Aufheizung bewirkenden Stellsignal versorgt, daß ein die Rücklauftemperatur messender weiterer Fühler und der Außentemperaturfühler mit einem dem Regler zugeordneten Grenzwertgeber gekoppelt sind, der so ausgebildet ist, daß er den Rücklauftemperatur-Istwert in Abhängigkeit von der Außentemperatur mit einem voreingestellten Bezugswert vergleicht und bei Erreichen eines bestimmten Rücklauftemperatur-Grenzwerts am Ausgang ein Rücksetzsignal entwickelt, und daß das Schaltglied mit dem Ausgang des Grenzwertgebers verbunden und durch das Rücksetzsignal unter Abschaltung des die verstärkte Aufheizung bewirkenden Stellsignals rücksetzbar ist.

Zur Begrenzung der Vorlauftemperatur während der Phase verstärkter Aufheizung ist ferner vorgesehen, daß der Vorlauftemperaturfühler mit einem dem Regler zugeordneten zweiten Grenzwertgeber gekoppelt ist, der den Vorlauftemperatur-Istwert mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht und bei Erreichen dieses Grenzwertes am Ausgang ein Rücksetzsignal entwikkelt, und daß das Schaltglied mit dem Ausgang des zweiten Grenzwertgebers verbunden und durch dessen Rücksetzsignal rücksetzbar ist

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine teilweise als Blockschaltbild dargestellte gerätetechnische Ansicht einer Fußbodenheizungsanlage mit der erfindungsgemäßen Regelanordnung und

Fig.2 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels mit den wesentlichen Teilen einer Regelanordnung.

Gemäß Fig. 1 ist die Regelstrecke durch den Warmwasserkreislauf gebildet, zu dem eine Wärmequelle 1, eine Vorlaufleitung 2, die Fußbodenheizung 3 bildende Heizschlangen, eine Rücklaufleitung 4 und eine Umwälzpumpe gehören. Die Vorlauftemperatur in der Vorlaufleitung 2 wird über ein als Motor-Mischer ausgebildetes Stellglied 5 eingestellt, welches das die Wärmequelle verlassende Heißwasser entsprechend seiner Einstellung auf die Vorlaufleitung 2 und eine direkt mit der Rücklaufleitung 4 verbundene Beipaßleitung 6 verteilt

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung umfaßt ferner einen bei Fußbodenheizungen üblichen geschlossenen Regelkreis mit einem die Vorlauftemperatur messenden Fühler F_VL, einem die Außentemperatur messenden Fühler F₁₁ und einem Regler 7, der aus dem Istwert der Vorlauftemperatur als Regelgröße und dem Istwert der Außentemperatur als Führungsgröße auf einer Ausgangsleitung 8 ein Stellsignal zur Steuerung des Stellglieds 5 entwickelt. Die zeitliche Begrenzung des Tagbetriebs und der Nachtabsenkung erfolgt durch einen Zeitgeber bzw. eine Uhr 9, die bei der Umschaltung auf Nachtbetrieb den Vorlauftemperatur-Sollwert mit Bezug auf die Außentemperatur senkt.

Bei Beendigung der Nachtabsenkung löst die Uhr 9 im Regler 7 ein Dauersignal aus, das den als Stellglied 5 dienenden Motor-Mischer in der Regel voll öffnet, so daß die Vorlaufleitung 2 mit dem in der Wärmequelle 1 erzeugten Heißwasser gespeist und sprunghaft etwa auf die Temperatur des Heißwassers gebracht wird. Die Vorlauftemperatur wird dabei über den für den normalen Tagbetrieb vorgesehenen und als Funktion der Außentemperatur gesteuerten Temperatursollwert für eine begrenzte Zeitspanne erhöht. Die Zeit dieser verstärkten Aufheizung wird von einem im Regler 7 außentemperaturabhängig entwickelten Grenzwert der Rücklauftemperatur begrenzt, die von einem Rücklauftemperaturfühler Frl überwacht und über eine Leitung dem Regler 7 zugeführt wird. Sobald der außentemperaturabhängige Grenzwert der Rücklauftemperatur erreicht ist, wird das Dauersignal auf der Leitung 8 unterbrochen, und die Regelstrecke wird über den Regelkreis mit der Vorlauftemperatur als Regelgröße und der Außentemperatur als Führungsgröße im normalen Tagbetrieb geregelt.

Um zu vermeiden, daß bei zu hoher Vorlauftemperatur im Zuge der verstärkten Aufheizung eine Überhitzung der Heizungsrohre in der Fußbodenheizung 3 erfolgt, wird auch die Vorlauftemperatur überwacht. Im Falle der Überschreitung eines bestimmten, absoluten Grenzwerts, der in der Praxis beispielsweise bei 65° C liegt, wird im Regler 7 ebenfalls ein Rücksetzsignal erzeugt, das das als Dauersignal wirksame Stellsignal (Leitung 8) auch dann unterbricht, wenn der Grenzwert der Rücklauftemperatur noch nicht erreicht ist.

Bei der dargestellten Anordnung ist außerdem ein

Raumtemperaturfühler F, vorgesehen, dessen Meßsignal im Regler 7 so verarbeitet wird, daß ein Überschreiten eine/ vorgegebenen Raumtemperatur vermieden wird.

F i g. 2 veranschaulicht den grundsätzlichen Schaltungsaufbau des Reglers mit den die verschiedenen Temperaturfühler F₀,, Fvu Frl und F, sowie die Schaltbefehle der Uhr verarbeitenden Schaltungskomponenten. Der Übersichtlichkeit halber sind verschiedene, an sich notwendige Komponenten des Reglers, z. B. ι,. das Netzgerät, Spannungs-Stabilisierungsstufen, Verknüpfungsglieder o. dgl., fortgelassen, soweit sie zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels ohne Bedeutung sind.

Alle Temperaturfühler F₈, Fvu Frl und F, sind in eine im strichpunktierten Block 10 dargestellte Brückenanordnung einbezogen, die aus mehreren, teilweise vermaschten Brückenabschnitten U, 12, 13 und 14 mit jeweils mehreren Brückenzweigen besteht. Alle Brükkenabschnitte werden von einer stabilisierten Spannung .:... gespeist.

Der erste Brückenabschnitt 11, der zur außentemperaturabhängigen Regelung der Vorlauftemperatur dient, enthält die Meßwiderstände der Außentemperatur- und Vorlauf temperaturfühler F, und Fvl- Der 2: Meßwiderstand Fvl ist mit einem veränderlichen Widerstand R₂ verbunden, der zur Einstellung des Nullpunkts bzw. Kurvenanfangspunkts dient Die beiden Meßwiderstände F, und Fvl sind über ein Potentiometer P\ miteinander verbunden, dessen Ab- .m griff den einen Ausgangsanschluß a\ des Brückenabschnitts U darstellt Das Potentiometer P\ wirkt als Verhältnissteller und bestimmt den Quotient aus Außentemperatur und Vorlauftemperatur, also die Steigung der Kennlinie von Vorlauftemperatur über .« Außentemperatur. In einem anderen Brückenzweig des ersten Brückenabschnitts 11 ist ein von der Uhr 9 gesteuerter veränderlicher Widerstand A₃ zur Einstellung der Nachtabsenkung angeordnet Mit dem veränderlichen Widerstand A3 ist der zweite Brücken- ·« ausgang a₂ verbunden. Die beiden Brückenausgänge a\ und a₂ sind an zwei entgegengesetzt parallelgeschaltete monostabile Kippstufen 15* und 15/ angeschaltet, von denen der eine bei einer positiv gehenden Regelabweichung und der andere bei einer negativ gehenden Regelabweichung einem ihm nachgeschalteten Leistungssteller 16/, bzw. 16/ ein Signal zuführt Die beiden Leistungssteiler sind über eine Verriegelungsschaltung 17 derart verriegelt daß jeweils entweder nur der Leistungssteller 16* oder der Leistungssteiler 16/ so wirksam sein kann. Mit dem auf der Leitung 8/, von dem Leistungssteller 16* entwickelten Stellsignal wird der Motor-Mischer geöffnet d.h. die Vorlauftemperatur erhöht während mit dem auf der Leitung 8/entwickelten Stellsignal der Motor-Mischer weiter geschlossen wird.

Zum Zeitpunkt der Aufhebung der Nachtabsenkung wird von der Uhr 9 über die Leitung 18 ein Schaltimpuls an den Setzeingang eines Flipflops (Schaltglied 19) angelegt, das über eine Leitung 20 den Leistungssteller 16_A mit einem Dauersignal beaufschlagt Dieses Dauersignal führt dazu, daß der Motor-Mischer über die Leitung 8 zur verstärkten Aufheizung voll geöffnet wird. Die Begrenzung der Periode verstärkter Aufheizung erfolgt normalerweise mit Hilfe eines durch den Brückenabschnitt 12 gebildeten Grenzwertgebers. In diesem Brückenabschnitt ist der Meßwiderstand des Rücklauftemperaturfühlers Frl in einem Brflckenzweig angeordnet Zur Herstellung der gewünschten Abhängigkeit des Vorlauftemperatureinflusses von der Außentemperatur T, ist ähnlich der Anordnung im Brückenabschnitt 11 ein als Verhältnissteller dienendes Potentiometer P₂ vorgesehen, das mit einem Endanschluß mit dem Außentemperatur-Meßwiderstand F_a und mit dem entgegengesetzten Endanschluß mit dem Rücklauftemperatur-Meßwiderstand Frl verbunden ist. Die Ausgänge öi und tu des Brückenabschnitts 12 gehen einerseits vom Verbindungspunkt zweier Festwiderstände und andererseits vom Abgriff des Potentiometers P2 aus und werden einem als Vergleicher dienenden monostabilen Multivibrator (Grenzwertgeber 21) zugeführt. Übersteigt der durch die Außentemperatur korrigierte Istwert der Rücklauftemperatur den durch die beiden Festwiderstände vorgegebenen und über b\ dem monostabilen Multivibrator zugeführten Grenzwert, so wird am Ausgang des Multivibrators ein Schaltimpuls entwickelt und über ein ODER-Gatter 22 an den Rücksetzeingang des Flipflops 19 angelegt. Wird das Flipflop 19 am Rücksetzeingang angesteuert so wird es rückgesetzt und unterbricht das Ausgangssignal auf der Leitung 20. Die verstärkte Aufheizung wird damit aufgehoben.

Eine entsprechende Wirkung hat der Brückenabschnitt 13, zu dem die den einstellbaren Widerstand A₂ und den Meßwiderstand Fvl enthaltenden Zweige des Brückenabschnitts 11 gehören. Übersteigt die von dem Meßwiderstand Fvl überwachte Vorlauftemperatur einen durch das Teilerverhältnis der beiden Festwiderstände im Brückenabschnitt 13 vorgegebenen Grenzwert, so kippt ein den beiden Ausgängen α und C₂ nachgeschalteter monostabiler Multivibrator 23 und gibt über das ODER-Gatter 22 ein Rücksetzsignal an das Flipflop 19, das zur Unterbrechung der verstärkten Aufheizung führt

Im Brückenabschnitt 14 ist der Meßwiderstand F-, des Raumtemperaturfühlers angeordnet Wird über diesen Meßwiderstand festgestellt daß die Raumtemperatur einen vorgegebenen maximalen Sollwert übersteigt so ergibt sich an den zugehörigen Brückenausgängen d\ und d₂ eine Potentialdifferenz, die an einen als Verhältnissteller wirkenden Meßumformer 24 angelegt wird. Dieser Meßumformer 24 ist in die Ausgangsleitung a₂ des ersten Brückenabschnitts 11 eingeschaltet und ändert das Potential von der Ausgangsleitung a₂ zu den monostabilen Multivibratoren 15* und 15/ proportional zur Größe der Brückenverstimmung. Durch diese dem Brückenausgang a₂ aufgedrückte Potentialdifferenz wird den als Vergleichem wirkenden monostabilen Multivibratoren 15* und 15/ eine entsprechende Erhöhung der Vorlauftemperatur simuliert wodurch der Motor-Mischer über die Leitung 8/ weiter zugesteuert wird.

Üm aufwendige Foientiaiabsiimmungen in der Anordnung zu vermeiden und den Schaltungsaufwand möglichst gering zu halten, ist der Meßumformer vorzugsweise als Verstärkeranordnung, z. B. Rechenverstärkeranordnung, derart ausgebildet, daß sich die Spannung zwischen einem geräteeigenen festen Potential (Gerätemasse) und dem wirksamen Verstärkerausgang als Funktion der Potentialdifferenz an den beiden Steuereingängen d\ und <k ändert Als geräteeigenes Potential bzw. Bezugspotential kann beispielsweise ein festes Potential auf der in Fig. 2 dargestellten unteren Versorgungsschiene 25 dienen. Solange die über den Meßfühler F,- eingegebene Raumtemperatur den im Brückenabschnitt 14 voreingestellten maximalen Sollwert (z. B. 20⁰Q nicht überschreitet, bleibt der Ausgang

der Verstärkeranordnung auf einer Spannung 0, bezogen auf das geräteeigene feste Potential auf der Versorgungsschiene 25, gibt also kein Korrektursignal an die monostabilen Kippstufen 15/, und 15/. Bei einer Überschreitung des maximalen Raumtemperatur-Sollwerts entwickelt die Verstärkeranordnung 24 eine Spannung (gegenüber dem Bezugspotential), die eine Funktion des Maßes der Sollwertüberschreitung und vorzugsweise linear proportional zu letzterer ist.
Es kann auch zweckmäßig sein, die anderen

Brückenausgänge a\, b\, bi, C\, Cz wenigstens teilweise mit Hilfe ähnlicher (nicht dargestellter) Verstärkeranordnung an das geräteeigene Bezugspotential zu koppeln bzw. zu zentrieren.

Das bei unzulässig hoher Vorlauftemperatur von dem monostabilen Multivibrator 23 an den Rücksetzeingang des Flipflops 19 angelegte Schaltsignal wird außerdem direkt an den Eingang des Leistungsstellers 16/angelegt, um durch sofortiges Schließen des Motor-Mischers die Vorlauftemperatur möglichst rasch zu senken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Wassertemperatur von Warmwasser-Flächenheizungen mit Nachtab- ϊ Senkung, insbesondere Wannwasser-Fußbodenheizungen, bei dem die Vorlauftemperatur unter Verwendung der Außentemperatur als Führungsgröße geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Aufhebung der Nachtabsenkung unter Messung der Rücklauftemperatur solange verstärkt aufgeheizt wird, bis die Rücklauftemperatur einen von der Außentemperatur abhängigen Grenzwert erreicht, und daß danach wieder die Vorlaufiemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Aufhebung der Machtabsenkung auch die Vorlauftemperatur laufend überwacht und mit einem einer maximalen Vorlauftemperatur entsprechenden vorgegebenen Wert verglichen wird und daß die verstärkte Aufheizung unterbrochen wird, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur den vorgegebenen Maximalwert erreicht

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem ein die Vorlauftemperatur beeinflussendes Stellglied, ein auf das Stellglied wirkender Regler, mit dem Regler verbundene Temperaturfühler und eine zur Zeitsteuerung der Nachtabsenkung einen Sollwertsteller im Regler verstellende Uhr vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Uhr (9) bei Aufhebung der Nachtabsenkung ein Schaltsignal an ein Schaltglied (19) anlegt, das das Stellglied (16/* S) mit einem die verstärkte Aufheizung bewirkenden js Stellsignal versorgt, daß ein die Rücklauftemperatur messender weiterer Fühler (Fri) und der Außentemperaturfühler (F₁) mit einem dem Regler (7) zugeordneten Grenzwertgeber (12, 21) gekoppelt sind, der so ausgebildet ist, daß er den Rücklauftemperatur-Istwert in Abhängigkeit von der Auß3ntemperatur mit einem voreingestellten Bezugswert vergleicht und bei Erreichen eines bestimmten Rücklauftemperatur-Grenzwerts am Ausgang ein Rücksetzsignal entwickelt, und daß das Schaltglied (19) mit dem Ausgang des Grenzwertgebers (21) verbunden und durch das Rücksetzsignal unter Abschaltung des die verstärkte Aufheizung bewirkenden Stellsignals rücksetzbar ist

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Vorlauf temperaturfühler (Fvi) mit einem dem Regier (7) zugeordneten zweiten Grenzwertgeber (13, 23) gekoppelt ist, der den Vorlauftemperatur-Istwert mit einem vorgegebenen Grenzwert vergleicht und bei Erreichen dieses Grenzwertes am Ausgang ein Rücksetzsignal entwickelt und daß das Schaltglied (19) mit dem Ausgang des zweiten Grenzwertgebers (23) verbunden und durch dessen Rücksetzsignal rücksetzbar ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwertgeber (12,21 und 13,23) jeweils eine Brückenschaltung (12, F₃ und 13, Ri, Fvl) und eine Vergleichsschaltung (21 und 23) aufweisen, wobei die Temperaturfühler in Brückenzweigen angeordnete Meßwiderstände (F_n, FvL· F) sind, und daß das Schaltglied (19) als Flipflop ausgebildet ist, dessen Setzeingang mit der Uhr (9) und dessen Rücksetzeingang mit den Vergleichsschaltungen (21 und 23) verbunden sind.