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Sollwertgeber für einen Temperaturregler
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sollwertgeber für
einen Temperaturregler gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Es sind Vorlauftemperaturregler für Wärmequellen zentral beheizter
Sammelheizungen bekanntgeworden, bei denen der Sollwert in Abhängigkeit der Außentemperatur
gleitend vorgegeben wird, und zwar nach Art einer sogenannten Heizkurve. Hier erfolgt
eine selbsttätige Sollwertvorgabe, wobei die Änderung der Vorlauftemperatur linear
proportional zur Außentemperatur vorgenommen wird. Derartige Heizkurven-Sollwertgeber
besitzen Verstellmöglichkeiten für die Heizkurve, indem diese sowohl parallel zu
sich verschoben werden kann als auch in ihrer Steilheit geändert, das heißt gedreht
werden kann.
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Durch die Parallelverschiebung und die Drehung der Heizkurve kann
der Sollwert-Geber des Reglers an die unterschiedlichsten Anwendungsfälle angepaßt
werden. Beispielsweise kann man hier Eigenheiten des Gebäudes, der Heizungsanlage
sowie dem Klimagebiet des Aufstellungsortes.Rechnung tragen.
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Diese bekannte Möglichkeit, vergleiche DE-OS 2004233, hat aber den
Nachteil, daß eine empirische Entwicklung der Heizkurve für jeden Anwendungsfall
und Aufstellungsort notwendig ist. Das heißt in der Praxis, daß der Installateur
der Heizungsanlage nach seinem Wissen eine ungefähre Einstellung der Heizkurve vornimmt,
die dann mehr oder weniger häufig zu korrigieren ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Betreiber
der Heizungsanlage beziehungsweise dem Installateur eine Sollwertgeber-Einstellmöglichkeit
vorzugeben, wobei anhand normierter Größen die Heizkurve exakt nach Maßgabe der
vorgenommenen Wärmebedarfsberechnung eingestellt werden kann, wobei also ein Experimentieren
zum Finden der richtigen Lage der Heizkurve vermieden werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden
Beschreibung
hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins bis drei
der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen Figur eins ein Prinzipschaltbild nach der Erfindung, Figur
zwei und drei Diagramme.
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In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen Jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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Eine Schaltung 1 gemäß Figur eins stellt einen Sollwertgeber für den
Regler einer Heizungsanlage dar, der mit seinen Klemmen 2 und 3 an negative beziehungsweise
positive Betriebsspannung angeschlossen ist. Vom Anschluß 3 führt eine Leitung 4
zu einem Verzweigungspunkt 5, von dem ein erster Brükkenast 6, der aus einer Reihenschaltung
eines Festwertwiderstandes 7, eines Potentiometers 8 und eines weiteren Festwertwiderstandes
9 besteht, zu einem weiteren Verzweigungspunkt 10 führt, der über eine Verbindungsleitung
11 mit der Klemme 2 verbunden ist. Der zweite Brückenast 12 besteht aus der Serienschaltung
eines Temperaturfühlerwiderstandes 13 und eines Festwertwiderstandes 14, der Ast
wird an die Verzweigungspunkte 5 und 10 parallel zu dem Ast 6 angeschlossen.
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Der Fühlerwiderstand 13 ist ein Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten.
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Ein Schleder 15: d-§s-Pote-ntiöméters 8 ist über eine Leitung 16 an
den nicht invertierenden Pol 17 des Eingangs eines Verstärkers 18 angeschlossen,
dessen Ausgang 19 über eine Leitung 20 an einen Eingang des nachgeschalteten Reglers
angeschlossen ist.
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Von einer Verbindungsleitung 21 zwischen dem Fühlerwiderstand 13 und
dem Festwertwiderstand 14 führt eine Leitung 22 zum nicht invertierenden Eingang
23 eines weiteren Verstärkers 24, dessen Ausgang 25 an eine Leitungsverzweigung
26 angeschlossen ist, an die eine Vielzahl von Festwertwiderständen parallel durch
Einfügen Je einer Kontaktbrücke 27 anschließbar ist. Die einzelnen Widerstände 28,
29, 30, 31 und 32 stellen Festwertwiderstände unterschiedlicher Größen dar, die
mit ihren anderen Polen an einer Leitungsverzweigung 33 fest angeschlossen sind,
wobei die Leitungsverzweigung 33 zum invertierenden Eingang 34 des Verstärkers 18
führt. Die Verstärkerstrecke vom invertierenden Eingang 34 zum Ausgang 19 überbrückt
einen Trimmwiderstand 35, der einerseits an die Leitung 20, andererseits an die
Leitung 33 angeschlossen ist.
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Sein Schleifer 36 ist gleichermaßen an die Leitung 33 angeschlossen.
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Von der Leitung ll führt eine Leitung 37 zur Leitungsverzweigung 26,
in die Leitung-3j sind zwei Festwertwiderstände 38 und 39 eingefügt, der Verbindungspunkt
40 beider Widerstände ist über Leitung 41 mit dem invertierenden Eingang 42 des
Verstärkers
24 verbunden.
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Zwischen den beiden Leitungsverzweigungen 26 und 33 ist regelmäßig
der Widerstand 28 angeschlossen. Bei Einfügen Jeweils einer der Kontaktbrücken 27
kann zusätzlich einer der Widerstände 29 bis 32 dem Widerstand 28 parallel geschaltet
werden, so daß der Gesamtwiderstand zwischen dem Ausgang 25 des Verstärkers 24 und
dem invertierenden Eingang 34 des Verstärkers 18 in Stufen variiert werden kann.
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Die gemäß Figur eins beschriebene Schaltung weist folgende Funktionen
auf, die anhand der Diagramme gemäß Figuren zwei und drei dargestellt werden: In
der Figur zwei ist auf der Abszisse die.relative Belastung der Heizungsanlage von
null bis eins dargestellt, wobei dieser relativen Belastung bestimmte Werte der
Außentemperatur zugeordnet sind. Im dargestellten Beispiel ist also davon ausgegangen
worden, daß einer Außentemperatur von -20 °C die Maximalleistung der Heizungsanlage
zugeordnet ist, während eine Leistung von 10 Prozent der Anlage bei einer Außentemperatur
von +160 erfolgt.
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Die Zusammenhänge zwischen Anlagenbelastung und Außentemperatur können
als linear proportional angesehen werden.
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Auf der Ordinate ist einmal die mittlere Heizkörperübertemperatur
in °C angegeben und zum zweiten die mittlere Heizkörpertemperatur gleichfalls in
00.
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Es wird weiterhin davon ausgegangen, daß durch die Heizkörper
der
Sammelheizungsanlage ein bestimmter Wasserdurchsatz erfolgt, der frei wählbar, aber
dann vorgegeben ist. Eine Androsselung dieses Durchsatzes durch Thermostatventile
entfällt bei diesen Überlegungen einstweilen. Somit ergibt sich bei Verwendung von
Radiatoren als Heizkörper die Kurve 52, die, ausgehend von dem Punkt 62, bis zum
Punkt 63 verläuft.
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Der Punkt 62 ergibt sich daraus, daß bei einer gewünschten Raumsolltemperatur
von beispielsweise 200 die Vorlauftemperatur diesen Wert nicht überschreiten darf.
Die mittlere Heizkörperübertemperatur muß gegenüber der Raumtemperatur null sein,
die mittlere Heizkörpertemperatur darf folglich die Raumtemperatur nicht übersteigen.
Der Punkt 63 ergibt sich dadurch, daß man einer nach DIN 4701 festgelegten tiefsten
Außentemperatur die maximale Belastung der Heizungsanlage zuordnet. Der Krümmungsverlauf
der Kurve 52 zwischen beiden Punkten ergibt sich aus der Charakteristik der Heizkörper.
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Die Kurve 53 liegt gleichermaßen zwischen den Punkten 62 und 63 und
ergibt sich dann, wenn als Heizkörper Konvektoren gewählt werden. Zwischen den Kurven
50 und 51, die der sich bei Beheizung mit Radiatoren ergebenden Kurve 52 zugeordnet
sind, liegt also regelmäßig die Kurve 52. Die Punkte 64 und 65 ergeben sich hierbei
dadurch, daß die maximal höchste Vorlauf- und Rücklauftemperatur bei voller Belastung
der Heizzungsanlage vorgegeben wird, was zu den Auslegedaten der Anlage gehört.
Der Abstand zwischen den Kurven 50 und 51 verringert sich mit fallender Vor- beziehungsweise
Rücklauftemperatur, der Abstand wird im Punkt 62 schließlich null. Der
Einfachheit
halber sind die Kurven 50 und 51 als stufenweise geknickte Gerade gezeichnet, ohne
daß sie zum Punkt 62 hingeführt sind.
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Werden die einzelnen Heizkörper, wie in der Regel üblich, durch vorgeschaltete
Thermostatventile angedrosselt, so wird eine Vorlauftemperatur nach Maßgabe der
Kurve 55 gewählt, um dieses Androsseln zu ermöglichen. Da die Kurve 55 eine höhere
Vorlauftemperatur vorgibt, als es eigentlich nach der Kurve 51 vorgesehen ist, liegt
auch die sich einstellende Rücklauftemperatur in einer Kurve unterhalb der Kurve
50, um nach oben und unten gleiche Spreizungen bezüglich der Kurve 52 vorzunehmen.
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Bei den Diagrammen nach Figur drei ist gleichfalls von einer Radiatorenanlage
ausgegangen worden, die mit einer Vorlauftemperatur von 900, einer Rücklauftemperatur
von 700 und einer Sollraumtemperatur von 200 arbeitet. Der Unterschied zur Figur
zwei besteht darin, daß die maximale Anlagenleistung von 100 Prozent nicht einer
Außentemperatur von -200, sondern einer solchen von -100 zugeordnet ist. Ansonsten
haben die Kurven dieselbe Bedeutung.
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Es soll noch in beiden Figuren auf die Kurven 54 und 60 hingewiesen
werden, die den Verlauf einer unterschiedlichen Raumtemperatur charakterisieren.
Die Kurven kommen Jeweils durch Gleichheit gewählter Raumtemperatur, Heizkörperübertemperatur
von null und mittlerer Heizkörpertemperatur in gleicher
Größe der
gewählten Raumtemperatur zustande.
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Durch Einschaltung eines der Widerstände 29 bis 32 parallel zum stets
eingeschalteten Widerstand 80 durch Einfügen einer der Brücken 27 wird die Außentemperatur
festgelegt, bei der die maximale Heizleistung von 100 Prozent erreicht wird. Sind
alle Brücken 27 entfernt, also nur der Widerstand 28 eingeschaltet, so ist die maximale
Heizleistung der tiefsten Außentemperatur von -200 zugeordnet. Bei Einschalten des
Widerstandes 29 zusätzlich, findet eine Zuordnung von -180 zu 100 Prozent statt,
bei Einschalten des Widerstandes 30 eine Außentemperatur von -16.° zu den erwähnten
100 Prozent und so weiter. Durch Einschaltung der Brücken 27 werden somit jeweils
die Punkte 63, 64 und 65 in ihrem Abszissenwert vorverlegt. Der zugehörige Ordinatenwert
der Punkte ergibt sich durch eine Verstellung des Schleifers 36 am Trimmwiderstand
35. Der Widerstand 35 beziehungsweise der eingestellte Teilwiderstand wirkt als
Gegenkopplung zum Verstärker 18. Je höher der mittels des Schleifers 36 eingestellte
Widerstandswert ist, um so kleiner ist die Gegenkoppluilg, um so höher ist die Ausgangsspannung
auf der Leitung 20. Eine Verstellung zu höheren Widerstandswerten bringt somit eine
Anhebung des Ordinatenwertes.
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Eine Verstellung des Schleifers 15 des Potentiometers 8 bewirkt eine
Änderung des Sollwertes der Raumtemperatur, im Ausführungbeispiel war sie für 200
gewählt. Wird eine Schleiferstellung entsprechend einer Raumtemperatur von 250 eingestellt,
so
wird die für 200 gewählte Vorlauftemperaturkurve 55 parallel zu sich selber entlang
der Kurve 54 zu höheren Werten verschoben. Bei einer Absenkung der gewählten Raumtemperatur
wird die Kurve 55 parallel zu sich selber zu tieferen Werten verschoben.
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Liegt demgemäß die gewählte Kurve der Vorlauftemperatur fest, was
die vorgegebene Normaußentemperatur und die Auslegetemperatur aufgrund der gewählten
Heizkörper angeht, so findet eine Variation des Vorlauftemperaturwertes nur noch
anhand des Meßfühlerwiderstandes 13 statt. Mittels des Meßrühlerwiderstandes 13
wird die Kurve 55 exakt abgefahren, Je nach dem Wert der gerade herrschenden Außentemperatur,
die auf der Abszisse aufgetragen ist.
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Ist demgemäß für ein zu beheizendes Gebäude aufgrund der Wärmebedarfsberechnung
die Heizungsanlage bezüglich der Leistung der Wärmequelle und der Größe der Heizkörper
ausgewählt worden, so ist es dem Installateur möglich, anhand der tiefsten zu erwartenden
Temperatur am Aufstellungsort die Zuordnung der Anlagenleistung zu dieser Außentemperatur
durch Einschalten einer der Brücken 27 vorzunehmen. Er kann weiterhin unabhängig
davon durch Betätigen des Schleifers 36 die Auslegetemperatur der Anlage einstellen,
also, womit er praktisch die Höhe der mittleren Heizkörperübertemperatur beziehungsweise
der absoluten Heizkörpertemperatur gegenüber der Raumtemperatur vorgibt und diese
der Anlagebelastung zuordnet.
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Der Benutzer kann dann durch Wahl der ihm genehmen Raumtemperatur
durch
Verstellen lediglich des Schleifers 15 seinen individuellen Wünschen Rechnung tragen.
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Beim Stand der Technik war es so, daß der Installateur nach der Montage
der Heizung vorher in ihrem Verlauf festgelegte Heizkurven mit einem Schalter auswählen
mußte. Das hieß also, daß ausprobiert wurde, welche Heizkurve dem Benutzer am angenehmsten
erschien. Durch die Erfindung ist es möglich, Normwerte einzustellen und die Komfortwahl
dem Kunden zu überlassen. Hierbei ist es möglich, die Bewegung des Schleifers 15
in Graden der Raumtemperatur zu kalibrieren. Gleiches ist beim Schleifer 36 möglich,
der in Graden der gewünschten Vorlauftemperatur kalibriert würde. Es muß allerdings
darauf hingewiesen werden, daß die Einstellung des Schleifers 36 bezüglich der ihm
zugehörigen Skala für eine Normraumtemperatur von 20 °C gilt.
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