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Heizkörperventil mit thermostatischer Regeleinrichtung fUr Zentralheizungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Heizkörperventil mit thermostatischer Regeleinrichtung,
insbesondere rUr Zentralheizungen.
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Bei Zentralheizungen ist es nötig, die Temperatur des Umlaufwassers
an veränderte Außenbedingungen und an unterschiedliche Wärmebedürfnisse anzupassen.
Um die Außenbedingungen zu berücksichtigen, sieht man entweder eine Außentemperatur-Steuerung
vor, oder man ordnet in einem Raum einen zentralen Thermostaten an, der die Beheizung
sämtlicher Räume regelt.
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Um unterschiedlichem Wärmebedarf Rechnung zu tragen, ist es bereits
bekannt, Zentralheizungen mit Außentemperatur-Steuerung oder Zentralthermostat-Regelung
so einzurichten, daß zur Einsparung von Heizenergie durch Anderung der Mischwassertemperatur
zur Nachtzeit eine Absenkung der Temperatur des umgepumpten Wassers und damit der
beheizten Räume eintritt.
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Allen diesen Anlagen ist gemeinsam, daß die Wärmeabgabe in die einzelnen
Räume zueinander in einem festen, im wesentlichen durch die Oberfläche der Heizkörper
gegebenen Verhältnis steht, das nur unvollkommen durch Absperren einzelner Heizkörper
von Hand geändert werden kann. Einflüsse von Sonne einstrahlung oder c. bei undichten
Räumen - von Wind werden entweder nicht erfaßt (Außentemperatur-Steuerung) oder
fUhren zu Fehlregelungen (Zentralthermostat), wenn etwa der Raum mit dem Thermostat
durch Sonne zusätzlich beheizt und damit die Temperatur in den anderen Räumen gesenkt
wird.
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Um diesen Nachteil zu umgehen, ist es andererseits bekannt, an alle
Heizkörper eines Gebäudes Ventile mit thermostatischer Regelung anzubringen, so
daß die Temperatur Jedes einzelnen
Raumes ftlr sich konstant gehalten
wird. Einflüsse von Sonne oder Wind werden damit wirkungslos, sofern die Temperatur
des Umlaufwassers hoch genug ist, um die Wärmeverluste bei gegebener Heizkörperoberfläche
zu decken. Als Nachteil einer Zentralheizung mit Heizkörperthermostaten muB Jedoch
gelten, daß eine automatische Absenkung der Temperatur in allen oder einer Vielzahl
von Räumen - etwa nachts oder in Arbeitsräumen am Wochenende - nicht möglich ist.
Zwar ist es denkbar, die Temperatur des Umlaufwassers zentral zu senken, doch fallen
dann alle Heizkörperventile außer Funktion, und die Raumtemperaturen stellen sich
entsprechend der Wassertemperatur, der Heizkörperoberfläche und dem Einfluß von
Sonne und Wind unterschiedlich ein.
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Der Zeitpunkt der wiedereinsetzenden Vollheizung muß nach dem Jeweils
kältesten Raum bemessen werden.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diese Nachteile in der Temperaturregelung
von Zentralheizungen zu überwinden und eine Möglichkeit zu schaffen, die Räume individuell
entsprechend den Außenbedingungen und den zeitabhängigen Wärmebedürfnissen zu beheizen.
Diese Aufgabe rd bei einer Zentralheizung mit Heizkörperventilen mit thermostatischer
Regeleinrichtung dadurch gelöst, daß an die Regeleinrichtung Jeweils eine zusätzliche
fernsteuerbare Wärmequelle angeschlossen ist. Wird diese Wärmequelle eingeschaltet,
so stellt der Thermostat eine niedrigere Heizkörpertemperatur her. Dabei ist in
einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß der Strom durch den Widerstand von
Hand so voreingestellt wird, daß nach seinem Einschalten die gewünschte Absenkung
der Raumtemperatur erreicht wird. Als zusätzliche fernsteuerbare Wärmequelle kommt
jedes Heizelement in Betracht, dessen Heizleistung einstellbar und ein- und ausschaltbar
ist. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die zusätzliche Wärmequelle
ein elektrischer Widerstand ist. Eine
andere Ausbildung der Erfindung sieht demgegenüber vor, daß der Strom durch den
Widerstand von einem Temperaturschalter bei Erreichen einer vorgegebenen Höchsttemperatur
eingeschaltet wird.
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Man kann also einen einfachen Bimetalbschalter als zweiten Nachttemperatur-)Thermostaten
einsetzen und erreicht damit eine besonders hohe Regelqualität.
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Damit diese Vorgänge vollautomatisch ablaufen, ist vorzusehen, daß
der Strom durch den Widerstand übergeordnet von einer Schaltuhr eingeschaltet wird.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß es ermöglicht wird, in einer Zentralheizungsanlage Räume während der Dauer ihrer
Benutzung auf vorgewählten Temperaturen zu halten, die fltr die einzelnen Räume
durchaus unterschiedlich sein können. Nach der Benutzung (nachts, bei Arbeitsräumen
am Wochenende) wird die Temperatur auf ein zentrales Signal hin so weit abgesenkt,
wie es ohne Nachteil fflr die Gegenstände in den Räumen möglich ist, allenfalls
aber 50 weit, daß ein Aufheizen innerhalb vernünftiger Frist möglich ist. Dabei
kann beispielsweise berücksichtigt werden, daß die Räume zu bestimmten Zeitpunkten
ihre Benutzungstemperatur wieder erreicht haben. Der Aufwand für eine derartige
Regelung ist verhältnismäßig gering und wird von den Energleersparnissen amortisiert.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es
zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einstellbaren Widerständen,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem gemeinsamen Einstellwiderstand,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Temperaturschaltern.
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In Figur 1 ist der Stromkreis einer Temperatur-Absenkanlage dargestellt,
Mit 4 ist eine Gleichspannungsquelle, z, B. eine Batterie, ein geregeltes Netzteil
o. ä., bezeichnet. Da hier nur die Wärmewirkung des Stromes von Bedeutung ist, läßt
sich die Gleichspannungsquelle auch durch eine - allerdings schlechter regelbare
- Wechselspannungsquelle ersetzen. Über einstellbare Vorwjderstände 6 und die Heizwiderstände
7 schließt sich der Stromkreis. Die Heizwiderstände stehen in Wärmekontakt mit dem
FUhler 8 des Heizkörperventils, der über ein wärmeleitendes Verbindungsstück 9 zum
eigentlichen Thermostaten des Ventils führt.
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Wie der Heizwiderstand in das Ventil im einzelnen eingebaut ist, ist
von untergeordneter Bedeutung. Um elektrische Heizleistung zu sparen, ist lediglich
der direkte Wärmekontakt mit den Wasserrohren zu vermeiden. Die elektrisch erzeugte
Wärmeenergie kann je nach Bauart des Thermostaten am Wärmeleitstück 9 oder auch
an einem evtl. vorhandenen Bimetall-Wandler einwirken.
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Die Anlage kann durch zusätzliche Uhrkontakte erweitert werden, die
von der Schaltuhr zu verschiedenen Zeiten betätigt werden; weitere Vorwiderstände
sorgen dann für ein feiner gestuftes Temperaturprogramm. Die dargestellte Schaltung
erlaubt es, die Widerstände 6 entweder bei den Heizkörpern oder zentral unterzubringen.
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In Figur 1 ist außerdem eine Abart der Anlage enthalten, bei der die
Heizwiderstände in Serie geschaltet sind. In diesem Fall werden sie mit Parallelwiderständen
10 voreingestellt. Bedient man sich dieser Schaltung, mit der gegebenenfalls Leitungen
gespart werden, sind die Widerstände 10 in der Nähe der Heizkörper anzubringen.
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Man kann die in Figur 1 dargestellte Schaltung mit Serienwiderständen
6 dadurch vereinfachen, daß man diese Widerstände durch einen einzigen Widerstand
ersetzt. Dies ist mit einer Qualitätseinbuße der Regelung verbunden. Eine entsprechende
Schaltung ist in Figur 2 dargestellt; sie bedient sich zur Voreinstellung eines
gemeinsamen Potentiometers 6?.
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Um Leitungen zu sparen, kann man schließlich in Betracht ziehen, als
Rückleitung zur Spannungsquelle das Heizwasserleitungssystem zu verwenden. Bei richtiger
Polung erreicht man zusätzlichen Korrosionsschutz der Rohre. Bei entsprechender
Isolation ist es auch möglich, die Rohre für Heizwasser-Vorlauf und -Rücklauf als
elektrische Zuleitungen zu den Vsntilen zu benützen; hierzu ist erforderlich, daß
die Widerstände 6 in Heizkörpernähe untergebracht sind, oder daß eine Schaltung
angewandt wird, wie sie in Figur 3 beschrieben ist.
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In Figur 3 ist eine Anlage dargestellt, in der die Heizwiderstände
7 nach Schließen des übergeordneten Schaltuhr~ kontakts 5 in Abhängigkeit von Temperaturschaltern
11 bzw.
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12 mit Strom versorgt werden. Beim Erreichten einer bestimmten Höchsttemperatur,
die etwa der gewünschten Temperatur für den Zeitraum der Nachtabsenkung entspricht,
schließt der auf diese Temperatur eingestellte Schalter 11, der in Serie liegende
Heizwiderstand 7 wird warm und veranlaßt das Heizkörperventil, die Heizwasser-Durchflußmenge
zu drosseln. Dadurch kühlt der Heizkörper ab, bis der Schalter 11 wieder öffnet.
Es stellt sich eine durch den Schaltpunkt des Schalters 11 gegebene Temperatur ein.
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Beim Aufbau derartiger Einrichtungen ist auf richtige Bemessung der
thermischen Zeitkonstanten zu achten. Hierbei hilft die Tatsache, daß bei Warmwasserheizungen
die Heizkörper nur langsam abkühlen, wenn der Durchfluß gesperrt
wird,
Jedoch schnell warm werden, wenn der Durchfluß wieder einsetzt. Dieser Effekt und
der Einfluß der Wärmekapazität üblicher Räume verhindern ein starkes Pendeln der
Raumtemperatur um ihren Sollwert. Liegen Jedoch die angegebenen Voraussetzungen
nicht vor, beispielsweise bei einer Dampfheizung für schlecht isolierte Räume (Werkhallen,
Schuppen), so sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, wenn eine hohe Regelgüte
angestrebt wird. Diese Maßnahmen zielen dahin, den Widerstand 7 nach Schließen der
Schalter 5 und 11 nur in kurzen Zeitabschnitten zu erwärmen, und damit die Temperatur
des Raumes nur allmählich zu senken; dann kommt es auch nicht zu einem nennenswerten
Unterschreiten der Solltemperatur. Man erreicht dies beispielsweise durch einen
weiteren Temperaturschalter (nicht gezeichnet), der fl Wärmekontakt zum Widerstand
7 ist und elektrisch in Serie zu Schalter 11 und Widerstand 7 liegt.
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Dieser Schalter dffnet, wenn der Widerstand 7 warm ist; obwohl Schalter
11 geschlossen ist, kühlt dann der Widerstand 7 wieder ab, bis der zusätzliche Schalter
wieder schließt usw. Eine andere Möglichkeit, das Zeitverhalten der Regelung zu
beeinflussen, besteht darin, den Widerstand 7, die Zuleitungswiderstände und die
Spannungsquelle 4 so zu dimensionieren, daß die Wärmefühler 8 von vornherein passend
beheizt werden.
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In diesem Falle ist der Aufwand an der Anlage geringer als der Aufwand
bei ihrem Einstellen.
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In Figur 3 ist schließlich noch die zur Schaltung mit den Schaltern
11 duale Schaltung gezeigt, in der ein Temperaturschalter 12 den parallelliegenden
Heizwiderntand 7 kurzschließt, solange die Raumtemperatur niedriger ist, als es
dem Schaltpunkt des Schalters 12 entspricht. Steigt die Temperatur, öffnet der Schalter,
Widerstand 7 heizt und senkt Uber den Regelventil-Thermostaten die Raumtemperatur
wieder. Widerstand 13 verhindert den Kurzschluß der Spannungsquelle.