DE3110233C2 - Elektronische Temperaturregelung für Heizungsanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Temperaturregelung für Heizungsanlagen mit einem Temperaturregler in jedem mil einer Flächenheizung versehenen Raum, dessen Temperatur unabhängig von der Temperatur in anderen Räumen zu regeln ist, mit einer das Signal des Temperaturreglers verstärkenden Lcistungsplatine, mit einer Schaltuhr für die Umschaltung auf Linen von zwei Temperatur-Sollwerten im Temperaturregler — Tag-Nacht-Bctrieb —. mit je einem jeder Leistungsplatine nachgeschalteten, stetig steuerbaren Magnetventil /wischen einerseits einem an einen Heizkessel angeschlossenen Heizkreisverteiler, der die Magnetventile im Vorlauf und absperrbare Verschraubungen im Rücklauf aufweist, und andererseits der Flächenheizung.

Bei der überwiegenden Zahl der Heizungsanlagen mit elektronischer Temperaturregelung handelt es sich um witteruiigsgeführte Vorlaufiemperaturregelungen. Sie arbeiten in Abhängigkeit von einem Außenteinperaturfühler und einem Vorlauf-Temperaturregler, an dem zwei Temperatur-Sollwerte eingestellt werden können. Außerdem ist eine Schaltuhr vorgesehen, die die Umschaltung auf einen der beiden Temperatur-Sollwerte in Abhängigkeit von der Tageszeit vornimmt — Tag-Nacht-Umschaltung —. Bei diesen Heizungsanlagen wird während der Zeit der Nachtabsenkung Heizmedium mit einer fest eingestellten reduzierten Vorlauftemperatur dem Gebäude angeboten, obgleich in den Räumen noch Wärme durch Speicherung vorhanden ist. Die Räume kommen also nicht oder nur sehr spät auf die gewünschte abgesenkte Temperatur. Außerdem erfolgt die Temperatureinstellung in den einzelnen Räumen, die von der Heizungsanlage versorgt werden, über handbetätigte Ventile. Da nie auszuschließen ist, daß das Herunterschalten von Hand vergessen wird, und wegen der genannten langen Nachlaufzeit von Flächenheizungen wird Energie vergeudet Um hier Einsparungen zu erreichen, kann man jeden Raum der Heizungsanlage mit einem eigenen Temperaturregler ausstatten und mit jedem Temperaturregler ein Magnetventil steuern, welches an die Stelle der handbetätigten Ventile tritt. Auf diese Weise ist eine für jeden Raum individuelle Temperaturregelung möglich; es bleibt aber die zentrale Umschaltung auf die Sollwerte für alle Räume. Die Verwendung einer zweiten Schaltuhr ermöglicht die Aufteilung der Räume in zwei zeitlich in gleicher Weise gesteuerte Gruppen, löst das Problem aber nicht. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Im Hinblick auf die mit der Erfindung angestrebte Lösung des geschilderten Problems muß auch folgender Stand der Technik erwähnt werden: Bringt man in jedem Raum ein Steuergerät an. mit dem sowohl der Temperatur-Sollwert umgeschaltet als auch die Zeit der Umschaltung von Tag- auf Nachtbetrieb eingestellt wird, wird die Anlage sehr aufwendig. Programmschalter mit mehreren Steuernocken, die es gestatten, in einem 24-Stunden-Zyklus zu unterschiedlichen Zeiten voneinander unabhängige Verbraucher einzuschalten, sind bekannt. Ihre Verwendung in einem Gewächshaus zur Steuerung der einer Insektizidabgabe vorausgehenden Sicherheitseinrichtungen, der Insektizidabgabe selbst und der nachfolgenden Lüftung in Verbindung mit einer Veränderung des Temperatur-Sollwerts, der als Summe von Meßwerten in einem Rechenverstärker ermittelt wird, wobei die Meßwerte sowohl im Gewächshaus als auch außerhalb gewonnen werden, gibt für eine Einzelraum-Temperaturregelung keine Anregung. Schließlich ist es allgemein üblich, im Zusammenhang mit Temperaturreglern die sogenannte Einschubtechnik zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Temperaturregelung fiir Hei/ungsanlagen der eingangs genannten Art so auszubilden, daß regeltechnisch für jeden Raum sowohl hinsichtlich des Betrags der Temperatur-Sollwerte ;ils auch hinsichtlich der Zeit der Umschaltung auf einen der Sollwerte eine

individuelle Einstellung gewährleistet ist, und daß konstruktiv eine kompakte, leicht zu montierende und zu ergänzende bzw. zu ändernde, auch nachträglich einzubauende Einheit entsteht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Leistungsplatirven, die mit Temperaturreglern in Räumen übereinstimmender Sollwert-Umschaltung verbunden sind, mit einer Schaltuhr zu einer Zeitplatine zusammengefaßt sind, die mit bis zu /Vj — 1) Zeitplatinen, einem Hauptnetzteil und einem Pumpenstrang zu einer Steuertafel zusammengesteckt sind.

Bei der Erfindung sind die Schaltelemente, die zu zeitlich übereinstimmend geschalteten Räumen gehören, zu einer Zeitplatine zusammengefaßt. Die Zeitplatine mit den auf sie gesteckten Schaltelementen ist eine Standardausführung, was die Fertigung erleichtert. Die Zahl von Zeitplatinen, die der Zahl dar in die Temperaturregelung einbezogenen Räume mit zeitlich gleicher Sollwert-Umschaltung gleich ist, ist nebeneinandergesteckt und mit dem Hauptnetzteil und dem Pumpenstrang zu der Steuertafel zusammengefaßt. Die Platinen sind untereinander durch Steckelemente verbunden. Die Anordnung ergibt eine gute Übersicht und erleichtert die Montage. Übersteigt die Zahl aer benötigten Zeitplatinen die Zahl n, sind in Ausgestaltung der Erfindung /n mal η zusätzliche Zeitplatinen zusammen mit je einem Nebennetzteil zusammengesteckt.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine voll elektronische Regelung für alle Warmwasser-Heizsysteme. Mit dem bei der Erfindung verwendeten Baukastenprinzip können alle Wünsche erfüllt werden, unabhängig davon, ob ein Einfamilienhaus oder ein mehrstöckiges Wohn- oder Geschäftshaus temperaturgeregelt werden soll. Die Bedienung der als »elektronische Einzelraum-Temperaturregelung« anzusprechenden Erfindung ist einfach. Jeder Raum kann den Bedürfnissen angepaßt werden. Auch eine Erweiterung der Regelung ist durch die Verwendung der steckerfertigen Bauteile möglich; ebenso die nachträgliche Installation in eine bereits bestehende Anlage. Der Energieverbrauch wird mit der Regelung auf das Minimum beschränkt, da nur dort Energie verbraucht wird, wo sie auch benötigt wird, ohne den Komfort zu beeinträchtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Heizungsanlage für ein Einfamilienhaus;

Fig. 2 eine verallgemeinernde Schaltung unter Verwendung der in Fig. ί dargestellten Heizungsanlage:

F i g. 3 dit Schaltung für eine in der Heizungsanlage verwendete Zeitplatine mit Hauptnetzteil;

F i g. 4 in perspektivischer Darstellung die Zeitplatine bei einer abgenommenen Leistungsplatine.

Die als Ausführungsbeispiel gewählte elektronische Temperaturregelung weist je einen Temperaturregler 10 in jedem mit einer Flächenheizung 20 versehenen Raum auf. Im Ausführungsbeispiel — Fig. 1 — ist angenommen, daß die Flächenheizungen 10 in der Reihenfolge von rechts nach links in einer Küche, einem Eßzimmer, cincrn Wohnzimmer, einem Schlafzimmer, einem Bad und zwei Kinderzimmern angeordnet sind. In jedem der vorgenannten Zimmer befindet sich einer der oberhalb der zugehörigen Flächenhcizung 20 dargestellten Temperaturregler 10. Y.s ist jeweils einer der Temperaturregler 10 für jeden Raum notwendig, dessen Temperatur unabhängig von der Temperatur in anderen Räumen geregelt werden soll. Das Signal jedes Temperaturreglers 10 wird in einer Leistungsplatine 30 verstärkt. Jede Leistungsplatine 30 ist Bestandteil einer Zeilplatine 40. Bestandteil jeder Zeitplatine 40 ist eine Schaltuhr 41. Jede der Schaltuhren 41 schaltet unabhängig von den anderen Schaltuhren 41 auf einen von zwei Temperatur-Sollwerten in den Temperaturreglern 10 um, die mit der Zeitpiatine 40 verbunden sind, auf denen die Schaltuhr 41 angeordnet ist — Tag-Nacht-Betrieb —. Die Leistungsplatinen 30, die mit Temperaturreglern 10 in Räumen übereinstimmender Sollwert-Umschaltung verbunden sind, sind ako mit einer der Schaltuhren 41 zu der zugehörigen Zeitplatine 40 zusammengefaßt. Jede Zeitplatine 40 ist mit bis zu (n — 1) Zeitplatinen, einem Hauptnetzteil 50 und einem Pumpenstrang 60 zu einer Steuertafel 70 zusammengefaßt. Jeder Leistungsplatine 30 ist die Steuerung 81 jeweils eines stetig steuerbaren Magnetventils 80 nachgeschaltet. Jedes Magnetventil 80 selbst ist zwischen einerseits einem an einen rr'ht dargestellten Heizkesse! angeschlossenen Heizkrewerteiler 90 und andererseits an der zugehörigen Flächenheizung 20 angeschlossen. Der Heizkreisverteiler 90 weist die Magnetventile 80 im Vorlauf und nicht dargestellte absperrtnre Verschraubungen im Rücklauf auf.

Zu der Steuertafel 70 sind η Zeitplatinen 40 zusammengefaßt, im Ausführungsbeispiel vier Zeitplati-

^!0 nen. 1st die Zahl der benötigten Zeitplatinen größer als n, können m mal η zusätzliche Zeltplätzen zusammen mit je einem Nebennetzteil 51 zusammengesteckt werden. Auf diese Weise ist die elektronische Temperaturregelung beliebig erweiterbar, also auch bei großen Wohn- und Geschäftshäusern anwendbar. Während bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die vier Zeitplatinen 40 mit dem Hauptnetzteil 50 zu der Steuertafel 70 zusammengesteckt sind, ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die vierte Zeitplatine 40 als erste mit dem Nebennetzteil 51 verbundene Zeitplatine dargestellt. In Fig. 2 ist angedeutet, daß zwischen der zweiten und der letzten Zeitnlatine 40. die mit dem Hauptnetzteil 50 verbunden sind, weitere Zeitplatinen 40 angeordnet sein können.

Jeder Temperaturregler 10 ist mit einer modernen Komparatorschaltung und einem hochempi.ndlichen Temperatursensor ausgestattet. Durch en.en von dußen einstellbaren geeichten Temperatureinsteiler wird der Temperatur-Sollwert für die Nutzungszeit eingestellt.

Der zweite Sollwert, der die Temperatur während der Nichtnutzung bestimmt, ist stufenlos zwischen 0° bis + 10⁰C unter dem ersten Sollwert einstellbar. Auch die Ansprechempfindlichkeit des Temperaturreglers 10 ist einstellbar. Die vorgenannten Einstellungen können jederzeit geändert werden. Es ist möglich, den zweiten Sollwert zu überbrücken. Dies ist wichtig, wenn sich die Nutzung des Raums, in dem sich der Temperaturregler 10 befindet, kurzzeitig ändert Die Überbrückung wird angezeigt. Der Temperaturregler 10 ist mit einem elektronischen Thermometer und einer LED-Anzeige versehen. Über di° Komparatorschaltung wird nach einer Absenkung der Raumtemperatur beim Aufheizen der Flächenheizung 20 für einen bestimmten Raum die verzögerungsfreie Einhaltung einer Wärmekennlinic

^h'' gewährleistet. Dies geschieht durch Vergleich des eingestellten Sollwertes mit der tatsachlich herrschenden Raum¹.:.rnpcraiur m Verbindung mil der l.eUtii^gsplatine 30 und dem stufenlos verstellbaren zugehörigen

Magnetventil 80.

ledc Zeitplatine 40 nimmt so viele l.eistungsplatinen 30 auf. wie Räume mit di\ selben Nul/ungs- und Niehtnutzungszciten vorhanden sind. Im Ausführungsbeispiel enthält jede Zeitplatine 40 zwei Leistungsplatinen 30. Es sind dann Anschlüsse für zwei Raumlenipera turrcgler 10 und zwei Magnetventile 80 an jeder Zeitplatine 40 vorgesehen. Durch getrennte Sicherungen der einzelnen Schaltkreise ist gewährleistet, daß bei Ausfall eines Kreises, z. B. durch Leitungsdefekt, das übrige System nicht beeinträchtigt wird. Es ist möglich, mehrere Magnetventile 80 über die Zeitplatine 40 auf denselben Temperaturregler 10 zu schalten dadurch, daß eine I.eitungsbrücke zwischen benachbarten Zeitpliitinen 40 angebracht wird. ι

|edc l.eistungsplatine .30 sorgt dafür, daß die am Temperaturregler IO eingestellte Temperatur mit Hilfe des zugehörigen Magnetventils 80 eingehalten wird. Überdimensionierte Kühlkörper 31 sichern den zugehöngcii Sicuersiräng gegen Ausfalle. E:r:c LED-Anzeige " 32 an der Leistungsplaline 30 läßt die Funktion des zugehörigen Magnetventils 80 sichtbar werden; d. h. der jeweils vorhandene Wärmemengendurchfluß durch das Magnetventil 80 kann beobachtet werden. Auf der l.eistungsplatine 30 ist außerdem eine elektronische : Schutzschaltung für die Stromversorgung beim Einschalten des Magnetventils 80 enthalten. Jede Lei-¹ tiingsplatine 30 verstärkt das vom Temperaturregler 10 kommende Signal für das Magnetventil 80, so daß letzteres mit der notwendigen Spannung versorgt wird, t um die "tetigregelung durchführen zu können, d. h. proportional zu dem vom Temperaturregler 10 gegebenen Signal stetig verstellt werden kann, um den /ur Erreichung der einzuhaltenden Temperatur notwendigen Wassermengendurchfluß zu gewährleisten. r

|ede Schaltuhr 41 ist programmierbar auf beliebige Uhrzeiten. Bei den im Ausführungsbeispiel verwendeten Schaltuhren 41 sind drei Einschalt- und drei Ausschahkontakte vorgesehen. Es sind also drei verschiedene Zcitperioden auswählbar, in denen von dem einen auf den anderen Sollwert umgeschaltet wird. Der kürzeste Zeittakt beträgt dabei 45 Minuten. Im Ausführungsbeispie' könnte die den Kinderzimmern zugeordnete Schaltuhr zwischen 7 und 9 sowie zwischen 14 und 22 Uhr auf den ersten, im übrigen auf den zweiten 4-, Sollwert geschaltet sein; die dem Wohnzimmer zugeordnete Schaltuhr zwischen 14 und 22 Uhr auf den ersten Sollwert; die dem Schlafzimmer und dem Bad zugeordnete Schaltuhr zwischen 7 und 9 sowie zwischen 21 und 23 Uhr auf den ersten Sollwert, im übrigen auf ίο den zweiten Sollwert geschaltet sein — es könnte, wie Fig. 2 zeigt, in Schlafzimmer und Bad auch ohne Schaltuhr gearbeitet und hier nur ein Sollwert eingeschaltet werden —; in Küche und Eßzimmer zwischen 6 und 8,12 und 14 sowie 18 und 20 Uhr auf den ersten, im übrigen auf den zweiten Sollwert geschaltet sein. Alle diese Zeiten sind individuell einstellbar, mit der einzigen Einschränkung, daß die der derselben Zeitplatine 40 zugeordneten Kreise die gleichen Ein- und Ausschaltzeiten aufweisen. Davon unabhängig sind aber &o die in den einzelnen Räumen eingestellten beiden Sollwerte. Falls notwendig, kann jeweils einer Schaltuhr 4! nur ein einziger Regelkreis zugeordnet werden; es können auch mehr als zwei Regelkreise derselben Schaltuhr 4i zugeordnet werden. *>*>

Im llauptnetzteil 50 wird eine elektronisch stabilisier te Spannung fiir die Temperaturregler 10 erzeugt, die gewährleistet, daß die Temperaturregler 10 immer korrekt arbeiten und nicht durch häufig auftretende Schwankungen der Speisespannung in ihren Rcgeleigeuschaftcn heeinti .ichtigt werden. Außerdem ist im Hauptnetzteil 50 eine Sicherhcitsschaltung enthalten, die auch bei extrem niedrigen Außentemperaturen, d. h. bei ständiger extremer Belastung eine absolut sichere

ι Funktion der Heizungsanlage gewährleistet. Außerdem besitzt das llauptnetzteil 50 zwei LED-Anzeigen zur Kontrolle der erzeugten Helriehsspannunpen.

Das Nebennel' ίΙ 51 wird eingesetzt, wenn mehr als η Heizkreise, im Au.sführungsbeispiel mehr als acht

> Heizkreise, verwendet werden. Es können dann mit dem Nebennetzteil 51 weitere /ι Heizkreise angeschlossen werden. Die Anzahl der Schaltuhren 41 und der Temperaturregler 10 ist dabei beliebig. Die Erweiterung ist unbegrenzt; es können also /;; mal η lleizkreise mn

Ncbennetzteil 51 enthält wie das Hauptnetzteil eine elektronisch stabilisierte Spannung für die Temperaturregler 10 sowie die Sicherheilsschaltung für die Magnetventile 80. Die Sicherheitsschaltung verbindet sich automatisch mit der des Hauptnetzteils 50. |edes Nebennetzteil 51 weist ebenfalls zwei LED-Anzeigen zur Kontrolle der erzeugten Betriebsspannungen auf.

Bei der Pumpensteuerung 60 handelt es sich um eine elektrr .'sch-clektromagnetische Überwachung der Magnetventile 80. Der Zustand der Magnetventile 80 wird laufend abgefragt. Wenn alle geschlossen sind, wird eine im Vorlauf des 1 leizkreisvei-'eilers 90 angeordnete Pumpe 16 abgeschaltet, um unnötigen Energieverbrauch der Pumpe zu verhindern. Außerdem werden dadurch die Pumpe 61. die Magnetventile 80 sowie die Rohre geschont, bei laufender Pumpe und geschlossenen Magnetventilen 80 würde in den Rohren ein unnötiger Überdruck entstehen.

Bei den Magentventilen 80 handelt es sich um Stetigregler, die über die Zeit- und Leistungsplatinen 40, 30 mit Steuerspannung versorgt werden Entsprechend der Einstellung am zugehörigen Temperaturregler 10 werden stufenlos dosierte Durchflußmengen der zugehörigen Flächenheizung 20 zugeführt. Entsprechend der Wärmekennlinie wird das Heizmedium auf Hefehl des Temperaturreglers 10 stufenlos mehr oder weniger gedrosselt, niemals aber in Auf-Zu-Takten unterbrochen. Somit zirkulieren durch die Stetigregelung zwar reduzierte, jedoch beständige Ströme des Heizmediums durch den gesamten Heizkreis. Dies wiederum verursacht eine gleichmäßige Verteilung der Wärme über die gesamte Flächenheizung 20; es werden unerwu .sehte Heizzonen von warm über lau bis kalt vermieden.

Bei dem Heizkreisverteiler 90 handelt es sich um einen Duo-Heizkreisverteiler im Block-Über-Block-System für platzsparenden Einbau. Der Heizkreisverteiler 90 besteht aus getrennten Vorlauf- und Rücklaufrohren. Die Kesselanschlüsse können links wie rechts montiert werden. Neben der im Ausführungsbeispiel dargestellten Kombination mit Magnetventilen 80 sind auch Kombinationen mit Steuerkreisen, die handbetätigte Regulierventile aufweisen, möglich. Auch die nachträgliche Anbringung von automatisch arbeitenden Entlüftungsventilen ist möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektronische Temperaturregelung für Heizungsanlagen mit einem Temperaturregler in jedem mit einer Flächenheizung versehenen Raum, dessen Temperatur unabhängig von der Temperatur in anderen Räumen zu regeln ist, mit einer das Signal des Temperaturreglers verstärkenden Leistungsplatine, mit einer Schaltuhr für die Umschaltung auf einen von zwei Temperatur-Sollwerten im Temperaturregler — Tag-Nacht-Betrieb —. mit je einem jeder Leistungsplatine nachgeschalteten, stetig steuerbaren Magnetventil zwischen einerseits einem an einen Heizkessel angeschlossenen Heizkreisverteiler, der die Magnetventile im Vorlauf und absperrbare Verschraubungen im Rücklauf aufweist, und andererseits der Flächenheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsplatinen (30), die mit Temperaturreglern (10) in Räumen übereinstimmender Sollwert-Umschaltung verbunden sind, nJt einer Schaltuhr (41) zu einer Zeitplatine (40) zusammengefaßt sind, die mit bis zu (n — \) Zeitplatinen, einem Hauptnetzteil (50) und einem Pumpenstrang (60) zu einer Steuertafel (70) zusammengesteckt sind.

2. Temperaturregelung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuertafel (70) m mal η zusätzliche Zeitplatinen (40) zusammen mit je einem Nebennetzteil (51) zusammensteckbar sind.

3. Temperaturregelung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturregler (10) mit e'nem elektronischen Thermometer und einer LED-Anzeige versehen sind.

4. Temperaturregelung nach Anspruch I oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturregler ^ (10) mit einer Komparatorsc.ialtung versehen ist. über die nach einer Absenkung der Raumtemperatur beim Aufheizen der Flächenheizung (20) für einen bestimmten Raum die verzögerungsfreie Einnallung einer Wärmekennlinie vorgenommen ist.

5. Temperaturregelung nach Anspruch I oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsplatine (30), der Hauptnetzteil (50) und der NebennetzHI (51) mit einer LED-Anzeige für die Stellung des stetig verstellbaren Magnetventils (80) bzw. für die erzeugte Betriebsspannung versehen ist.

6. Temperaturregelung nach Anspruch I oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsplatine (30) mit einer Schutzschaltung für die Stromversorgung beim Einschalten des zugehörigen Magnetven- ^M tils (80) versehen ist.

7. Temperaturregelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltuhr (41) und die Leistungsplatinen (30) auf die Zeitplatine (40) gesteckt sind.