[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Raumtemperaturregelung,
die sich insbesondere für Heizungsanlagen kleiner Leistung, z.B. zum Beheizen einer
Etage, eignet, und auch unter Berücksichtigung von kurzzeitgen schnellen Änderungen
von Störgrößen (z. B. durch kurzzeitiges Öffnen von Fenstern) eine Anpassung der erzeugten
Heizleistung an sich verändernde Raumtemperaturen ermöglicht, nach den Oberbegriffen
der Ansprüche 1 bzw. 17.
[0002] Bei bekannten, einfacher ausgestalteten Raumtemperaturregelungen wird die Temperatur
und damit die an einen in einem Heizkreis angeordneten Wärmeverbraucher, der z.B.
ein Warmwasserheizkörper sein kann, abgegebene Wärmemengedurch die Stellung eines
Mischventils bestimmt, welches das von einem Wärmeerzeuger erwärmte Wärmeträgermedium
mit dem entsprechenden Rücklauf des Heizkreises mischt. Die Stellung des Mischventils
wird dabei von einer Regeleinrichtung, z.B. einer Zweipunkt-Thermostatregeleinrichtung,
über eine Stelleinrichtung gesteuert, beispielsweise in Abhängigkeit von der Außentemperatur.
[0003] Im Heizkreis kann ferner eine Heizkreisumwälzpumpe vorgesehen sein, deren Betrieb
auch mit der Stellung des Mischventils gekoppelt sein kann.
[0004] Bei der Raumtemperaturregelung herkömmlicher Art ist der Thermostat bzw. Regler zumeist
mit einem im zu beheizenden Raum befindlichen Temperaturfühler verbunden.
[0005] Aus der DE-OS 30 32 089 ist eine Abschalteinrichtung für die Umwälzpumpe einer geregelten
Heizanlage mit Mischventil bekannt, das durch Stellimpulse entsprechend der Soll/Ist-Differenz
der Temperatur auf- bzw. zugestellt wird, bei der zur Abschaltung der Umwälzpumpe
in sicherer und störunanfälliger Weise die Zahl der auf den letzten Auf-Impuls folgenden
Zu-Impulse in einem Zähler summiert und bei Erreichen einer vorbestimmten und fest
eingestellten Gesamtzahl die Pumpe so lange abgeschaltet wird, bis der erste Auf-Impuls
sie wieder einschaltet.
[0006] Aus der DE-PS 33 10 367 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einzelraumtemperaturregelung
bekannt, bei denen unter Berücksichtigung der gemessenen Raumlufttemperatur bzw.
der gemessenen Wandoberflächentemperatur die Wärmequelle geregelt wird.
[0007] Dies erfolgt so, daß in der nichtstationären Aufheizphase die Raumlufttemperatur
unter Vorgabe einer über der anfänglichen Wandoberflächentemperatur liegenden Raumluft-Solltemperatur
als Regelgröße herangezogen wird,
die nichtstationäre Aufheizphase unter Verwendung der Raumlufttemperatur als Regelgröße
durchgeführt wird, bis die Wandoberflächentemperatur nur noch höchstens um eine vorgegebene
Temperaturdifferenz niedriger ist als die Raumluft-Solltemperatur, und
in der anschließenden quasistationären Regelphase die Wandoberflächentemperatur unter
Vorgabe einer Wandoberflächen-Solltemperatur als Regelgröße verwendet und die Wärmequelle
dann eingeschaltet wird, wenn die Wandoberflächentemperatur unterhalb der Untergrenze
der Schalthysterese liegt und die Wärmequelle dann abgeschaltet wird, wenn die Raumlufttemperatur
die Obergrenze der Schalthysterese überschreitet, bzw., wenn die Wandoberflächentemperatur
schon vor der Raumlufttemperatur ihren Sollwert erreicht hat.
[0008] Um jedoch auch für Heizkessel kleinerer Leistung, die z.B. nur eine Etage beheizen,
eine preisgünstige, energiesparende und zugleich komfortable Regelung zu ermöglichen,
ist es wünschenswert, die Heizleistung nicht bei jeder kurzzeitigen Erhöhung der Störgröße
zu erhöhen, ohne daß die Behaglichkeit beeinflußt wird.
[0009] Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Raumtemperaturregelung
auf Heizungssysteme kleinerer thermischer Leistung anzugeben, die auf ein Absinken
der Raumtemperatur mit einer entsprechenden Erhöhung der Heizleistung ansprechen und
die eine konstruktiv einfache, preisgünstige und trotzdem komfortable Regelung ermöglichen.
[0010] Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
[0011] Das erfindungsgemäße Verfahren zur Raumtemperaturregelung bei mono- und bivalenten,
zentralen und dezentralen, mit einem flüssigen Wärmeträgermedium betriebenen Heizungsanlagen
mit mindestens einem mit gasförmigem, festem und/oder flüssigem Brennstoff und/oder
elektrisch beheizten Wärmeerzeuger und einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis
vorgesehenen Mischventil mit Stellantrieb oder einem Umschaltventil, die von einer
Regeleinrichtung gesteuert sind, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreisumwälzpumpe,
wobei abhängig von einer der Regeleinrichtung vorgegebenen Solltemperatur und von
einer von mindestens einem Temperaturfühler gemessenen Isttemperatur eine Stellgröße
für die an mindestens einen Wärmeverbraucher im Heizkreis abzugebende Heizleistung
gebildet und Wärme mit einer gegebenen Heizleistung an die Wärmeverbraucher abgegeben
wird, wenn die Isttemperatur unter die Solltemperatur abfällt, ist dadurch gekennzeichnet,
daß die an den Verbraucher abgegebene Heizleistung kontinuierlich oder stetig mit
einer vorgegebenen und ggfs. wählbaren Regelkennlinie oder sprunghaft in mindestens
einer Stufe um einen bestimmten Betrag erhöht wird, sobald und mindestens solange
die Isttemperatur um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unter die Solltemperatur
abgefallen ist.
[0012] In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Heizleistung
durch Erhöhung der Förderleistung der Heizkreisumwälzpumpe und/oder der von dem Mischventil
übertragenen Wärmemenge und/oder der Heizleistung des Wärmeerzeugers und/oder durch
Umschalten des Umschaltventils oder Erhöhung des Tastverhältnisses bei impulsgesteuertem
Umschaltventil erhöht werden.
[0013] Dabei kann der Betrag der Erhöhung der Heizleistung nach einem vorgegebenen Programm
bestimmt werden oder auch gestuft in mindestens einer Stufe sein.
[0014] Vorteilhafterweise setzt bei dem erfindungsgemäßen Verfah ren die Erhöhung der Leistung
eine bestimmte kurze Zeitdauer nach dem Zeitpunkt des Abfalls der Isttemperatur ein.
[0015] Die erhöhte Heizleistung wird mindestens so lange aufrechterhalten, bis die Isttemperatur
höher wird als die um die vorgegebene Temperaturdifferenz verminderte Solltemperatur
und höchstens so lange, bis die Isttemperatur die Solltemperatur überschreitet.
[0016] Als weitere vorteilhafte Maßnahme kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen
sein, daß der Betrag der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der tatsächlichen
oder einer gespeicherten und ggfs. korrigierten theoretischen mittleren Außentemperatur
und/oder dem Wärmebedarf der Wärmeverbraucher bestimmt wird. Alternativ dazu kann
der Betrag der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der Stellung des Mischventils
bestimmt werden.
[0017] Als Isttemperatur können alternativ die Raumlufttemperatur, die Außentemperatur,
die Wandtemperatur oder die Temperatur des vom Wärmeerzeuger erwärmten Wärmeträgermediums
erfaßt werden.
[0018] In vorteilhafter Weiterbildung können die Solltemperatur des Wärmeerzeugers bzw.
eines Heizkessels und/oder die Vorlauftemperatur nach dem Mischventil nach der tatsächlichen
oder einer gespeicherten und ggfs. korrigierten theoretischen mittleren Außentemperatur
gesteuert werden.
[0019] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Raumtemperaturregelung bei mono- und bivalenten,
zentralen und dezentralen, mit einem flüssigen Wärmeträgermedium betriebenen Heizungsanlagen
mit mindestens einem mit gasförmigem, festem und/oder flüssigem Brennstoff und/oder
elektrisch beheizten Wärmeerzeuger, einem ihm nachgeschalteten, in einen Heizkreis
eingeschalteten Mischventil oder mindestens einem Umschaltventil, die eine von der
Stellung abhängige Heizleistung an einen oder mehrere im Heizkreis befindliche Wärmeverbraucher
abgeben, und einer im Heizkreis vorgesehenen Heizkreisumwälzpumpe, wobei der Wärmeerzeuger
gegebenenfalls variable, steuerbare Heizleistung aufweist und die Heizkreisumwälzpumpe
gegebenenfalls bei zwei oder mehreren unterschiedlichen Drehzahlen bzw. entsprechenden
Förderdurchsätzen betreibbar ist, eignet sich insbesondere zur Durchführung des oben
erläuterten Verfahrens gemäß der Erfindung und umfaßt mindestens einen Temperaturfühler,
der eine Isttemperatur erfaßt, und eine Regeleinrichtung, der direkt oder über eine
Bedieneinheit oder einen Raumthermostaten eine Solltemperatur vorgegeben werden kann
und die aus der Differenz der Solltemperatur und der Isttemperatur eine Stellgröße
fur die Grund-Heizleistung bildet, die an die Wärmeverbraucher abgegeben wird, wenn
die Isttemperatur unter die Solltemperatur abfällt, und ist gekennzeichnet durch ein
Kompensationsglied innerhalb der Regeleinrichtung, das ein Stellsignal abgibt, sobald
der Istwert der Raumtemperatur um eine vorgegebene Temperaturdifferenz unter den Sollwert
der Raumtemperatur abgefallen ist, mindestens eine Stelleinrichtung, die auf das
Stellsignal anspricht und durch entsprechende Ansteuerung die Heizleistung des Wärmeerzeugers
um einen bestimmten Betrag erhöht und/oder den Förderdurchsatz der Heizkreisumwälzpumpe
durch Vergrößerung der Drehzahl um einen bestimmten Betrag erhöht und/oder das Mischventil
in Richtung einer weiteren Verringerung der Rücklaufbeimischung zum Vorlauf verstellt
und/oder das bzw. die Umschaltventile so ansteuert, daß die Heizleistung des durchfließenden
Wärmeträgermediums um einen bestimmten Betrag erhöht wird, wobei die Heizleistung
mindestens so lange erhöht gehalten wird, wie die Isttemperatur um die vorgegebene
Temperaturdifferenz unter der Solltemperatur liegt.
[0020] Vorteilhafterweise sind die Stelleinrichtungen so ausgebildet, daß die Erhöhung
der Heizleistung stufenweise oder kontinuierlich bzw. stetig nach einer vorgegebenen
Regelkennlinie erfolgt.
[0021] In vorteilhafter Weiterbildung kann die Regeleinrichtung so ausgelegt sein, daß der
Betrag der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der tatsächlichen oder einer
gespeicherten und ggfs. korrigierten theoretischen mittleren Außentemperatur und/oder
dem Wärmebedarf der Wärmeverbraucher bestimmt wird.
[0022] Das Kompensationsglied weist vorteilhafterweise ein erstes Zeitglied auf, das die
Abgabe des Stellsignals um eine bestimmte kurze Zeitdauer vom Zeitpunkt des Einschaltens
der Heizkreisumwälzpumpe bei Grundlastbedingungen verzögert.
[0023] Vorteilhafterweise beträgt die vorgegebene Temperaturdifferenz etwa 2 bis 3 K.
[0024] Dabei kann die Regeleinrichtung vorteilhafterweise als Zweipunktregler arbeiten,
der den Wärmeerzeuger, die Heizkreisumwälzpumpe und/oder das Mischventil bzw. das
bzw. die Umschaltventile ansteuert.
[0025] In weiterer vorteilhafter Ausbildung weist die Regeleinrichtung einen zusätzlichen
zweiten Reglerausgang auf, der ebenfalls den Wärmeerzeuger, die Heizkreisumwälzpumpe
und/oder das Mischventil bzw. das bzw. die Umschaltventile ansteuert und zur Erhöhung
der Heizleistung aktiviert wird, wenn die Isttemperatur mindestens um die vorgegebene
Temperaturdifferenz unter die Solltemperatur abgefallen ist.
[0026] Statt des Zweipunktverhaltens der Regeleinrichtung kann diese auch als Dreipunktregler
ausgestaltet sein, der den Wärmeerzeuger, die Heizkreisumwälzpumpe und/oder das Mischventil
bzw. das bzw. die Umschaltventile ansteuert.
[0027] Alternativ dazu kann die Regeleinrichtung auch als stetiger Regler arbeiten.
[0028] Es kann auch vorteilhaft sein, die Regeleinrichtung mit veränderlicher Regelkennlinie
auszustatten.
[0029] Die Regeleinrichtung weist in weiterer vorteilhafter Ausbildung ein zweites Zeitglied
auf, welches beim Einschalten der Heizkreisumwälzpumpe unter Grundlastbedingungen
für eine vorgegebene Zeitdauer eine Ansteuerung der Heizkreisumwälzpumpe unter Vollastbedingungen
bewirkt, um ein sicheres Anlaufen zu gewährleisten.
[0030] Vorteilhafterweise gibt das zweite Zeitglied eine Zeitdauer von etwa 1 bis 2 Sekunden
vor.
[0031] Zusammengefäßt werden durch die Erfindung ein vorteilhaftes Verfahren und eine vorteilhafte
Vorrichtung zur Raumtemperaturregelung angegeben, wobei mit relativ einfachen Maßnahmen
in der Regeleinrichtung auf eine plötzliche Temperatursenkung mit einer darauf vorzugsweise
gedämpft initiierten Erhöhung der Heizleistung wieder eine komfortable Raumtemperatur
hergestellt wird.
[0032] Dabei läßt sich vorteilhafterweise der durch die Erhöhung der Heizleistung bewirkte
Temperaturanstieg über der Zeit in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/ oder
dem Wärmebedarf des Verbrauchers einstellen.
[0033] Durch die Erfindung wird also eine einfache kostengünstige und auch komfortable Raumtemperaturregelung
geschaffen, durch die die Wärme dosiert vom Wärmeerzeuger um Verbraucher transportiert,
Knackgeräusche im Rohrsystem vermieden und elektrische Energie eingespart werden kann.
[0034] Im folgenden wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung
näher beschrieben.
[0035] Es zeigen:
Fig. 1a, 1b jeweils ein Diagramm eines Heizungssystems mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung;
Fig. 2a einen Temperaturgang über der Zeit;
Fig. 2b in Form eines Zeitdiagramms durch den in Fig. 2a dargestellten Temperaturgang
ausgelöste Schaltvorgänge der in Fig. 1 dargestellten Regeleinrichtung;
Fig. 3a einen Temperaturgang über der Zeit, der sich bei einer weiteren Ausgestaltung
der Erfindung ergibt;
und
Fig. 3b ein Zeitdiagramm von Leistungsstufen in Abhängigkeit von dem in Fig. 3a dargestellten
Temperaturgang.
[0036] Fig. 1a zeigt ein Heizsystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
[0037] Im einzelnen besteht das Heizsystem aus einem Wärmeerzeuger WP, der hier als Brenner
für flüssige oder gasförmige Brennstoffe dargestellt ist. Der Wärmeerzeuger WP hat
in der beispielhaft dargestellten Ausführungsform zwei Leistungsstufen I und II.
Der Wärmeerzeuger WP erwärmt ein Wärmeträgermedium W in einem Heizkessel K auf die
Temperatur ϑ
W. Das auf die Temperatur ϑ
W im Kessel K erwärmte Wärmeträgermedium W enthält die Wärmemenge Q₁, die je nach Stellung
eines Umschaltventils U ganz oder teilweise an einen Heizkreis U abgegeben wird. Die
an den Heizkreis abgegebene Wärmemenge Q₂ ist demnach zum einen durch die Stellung
des Umschaltventils U und zum anderen durch die Förderleistung einer Heizkreisumwälzpumpe
HP bestimmt. Die Förderleistung der Heizkreisumwälzpumpe HP ist in zwei Leistungsstufen
I und II wählbar. Der von der primär erzeugten Wärmemenge Q₁ an den Heizkreis H abgegebene
Anteil Q₂ wird von einem Wärmeverbraucher HK im Heizkreis H verbraucht. Zur Vereinfachung
wird angenommen, daß im Heizkreis H keine Verluste im Leitungssytem entstehen.
[0038] Die jeweiligen Leistungsstufen des Wärmeerzeugers WP bzw. der Heizkreisumwälzpumpe
HP sowie die Stellung des Umschaltventils U werden jeweils von Stellgliedern MWP,
MHP bzw, MM eingestellt, die ihrerseits von einer Regeleinrichtung R Stellsignale
erhalten.
[0039] Die Regeleinrichtung R empfängt Signale über die Solltemperatur ϑ
RSoll und die Isttemperatur ϑ
R sowie ggfs. ein die Stellung des Umschaltventils U angebendes Rückführsignal FB.
Die Isttemperatur ϑ
R kann eine in einem Raum gemessene Lufttemperatur, eine Wandtemperatur, die Temperatur
im Vorlauf des Wärmeträgermediums oder die Außentemperatur sein.
[0040] Vorteilhafterweise kann auch eine zweckmäßige Kombination der genannten Temperaturen
zur Ermittlung einer Regelabweichung der Isttemperatur ϑ
R von der Solltemperatur ϑ
RSoll verwendet werden.
[0041] Üblicherweise wird durch die Regeleinrichtung die Isttemperatur mit einer zweckmäßigen
Regelkennlinie, z. B. einer PI-Kennlinie, auf die Solltemperatur eingeregelt. Die
Stellgröße des Reglers kann ein Zweipunktverhalten, Dreipunktverhalten oder ein stetiges
Verhalten haben. Einfache Thermostatregelungen, die z. B. mit Bimetall als temperaturabhängigem
Schalter ausgestattet sind, haben stets eine Schalthysterese, die einen gewissen geringen
Toleranzbereich um die eingestellte Solltemperatur bewirkt. Die Regeleinrichtung
R gibt an einem ersten Ausgang S
I ein Stellsignal ab, das die gewünschte Regelung durch führt, solange die Temperaturdifferenz
zwischen Isttemperatur und Solltemperatur geringer als eine vorgegebene Temperaturdifferenz
Δϑ ist. Dabei ist angenommen, daß diese Temperaturdifferenz Δϑ größer als die Temperaturtoleranz
um die Solltemperatur ϑ
RSoll ist. Dass Stellsignal S
I wird den jeweiligen Stellgliedern MWP, MHP und MM eingegeben.
[0042] Erfindungsgemäß weist nun die Regeleinrichtung R einen zweiten Ausgang S
II auf, der ein weiteres Stellsignal abgibt, sobald die Temperaturdifferenz zwischen
der Isttemperatur ϑ
R und der Solltemperatur ϑ
RSoll größer wird als die vorgegebene Temperaturdifferenz Δϑ. Das an diesem zweiten Ausgang
S
II der Regeleinrichtung R abgegebene weitere Stellsignal stellt jeweils über die Stellgleider
MPW, MHP und MM eine oder mehrere der Einrichtungen WP, HP oder M so ein, daß deren
Heizleistung erhöht wird.
[0043] Bei dem gemäß Fig. 1a dargestellten Ausführungsbeispiel wird von dem an weiteren
Ausgang S
II der Regeleinrichtung R abgegebenen weiteren Stellsignal die zweite Leistungsstufe
II des Wärmeerzeugers WP und/oder die zweite Leistungsstufe II der Heizkreisumwälzpumpe
HP und/oder eine Stellung des Umschaltventils U eingestellt, die bei letzterem die
Wärmemenge Q₂ im Heizkreis H erhöht.
[0044] Bei dem in Fig. 1b dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Umschaltventil U ersetzt
durch ein Mischventil M, dessen Stellung den an den Heizkreis abgegebenen Anteil Q₂
der primär erzeugten Wärmemenge Q₁ festlegt. Als weitere Variante ist in Fig. 1b als
Wärmeerzeuger WP eine Wärmepumpe dargestellt, die das Wärmeträgermedium W im Kessel
K auf die Temperatur ϑ
W erwärmt. Auch die Wärmepumpe ist hier mit zwei Leistungsstufen I und II dargestellt.
[0045] Die Funktionsweise der anhand der Fig. 1a und 1b dargestellten erfindungsgemäßen
Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren werden nun anhand der in den Fig.
2a, 2b, 3a und 3b dargestellten Diagramme näher beschrieben.
[0046] Fig. 2a zeigt einen Temperaturgang, z. B. der Raum-Isttemperatur ϑ
R,über der Zeit t. Die Temperatur ϑ
R bleibt während der Zeitspanne bis zum Zeitpunkt t₄ innerhalb des durch die Differenz
Δϑ bestimmten Temperaturbereichs zwischen ϑ
RSoll und ϑ
RSoll-
Δϑ. Zum Zeitpunkt t₄ unterschreitet die Isttemperatur den Pegel ϑ
RSoll-
Δϑ. Zum Zeitpunkt t₅ überschreitet die Isttemperatur wieder den Pegel ϑ
RSoll-
Δϑ und steigt dann rasch bis zum Zeitpunkt t₆ auf die Solltemperatur ϑ
RSoll.
[0047] Fig. 2b zeigt nun die zum Temperaturgang gemäß Fig. 2a gehörigen Leistungsstufen,
wie sie durch die Ausgänge S
I und S
II der Regeleinrichtung R bewirkt werden. Dargestellt sind über der Zeit t Schaltvorgänge,
die wahlweise eines oder mehrere der Stellglieder MWP, MHP und MM einstellen. Die
mittels des Ausgangs S
I der Regeleinrichtung R bewirkten Stellschaltvorgänge sind aus üblichen Regeleinrichtungen
z. B. mit Zweipunktverhalten bekannt und werden nicht weiter beschrieben. Bei dem
in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann, sobald die Temperatur
zum Zeitpunkt t₄ unter den Pegel ϑ
RSoll-
Δϑ abgefallen ist, am Ausgang S
II ein weiteres Stellsignal abgegeben werden, das die zweite Leistungsstufe über die
jeweiligen Stellglieder MWP, MHP bzw. MM einschaltet. Wie Fig. 2b zeigt, ist die zweite
Leistungsstufe der Umwälzpumpe, um ein sicheres Anlaufen zu gewährleisten, grundsätzlich
für eine kurze Zeitdauer mit angesteuert. Die zweite Leistungsstufe kann ferner um
eine kleine Zeit Δt gegenüber den Schaltzeitpunkten, z. B t₁, t₃ und t₄ verzögert
eingeschaltet werden. Die Verzögerung wird entweder durch die Dämpfung des Raumtemperatursensors
und/oder ein integrierendes Glied im Regelkreis, z. B. ein Zeitglied, bewirkt. Der
Raumtemperatursensor ist vorteil hafterweise konstruktiv so ausgebildet, daß er schneller
als die Wand, aber träger als die Raumluft Temperaturänderungen unterliegt und diese
signalisiert. Damit lassen sich z.B. Knackgeräusche in den Heizungsrohren und Heizkörpern
weitgehend verringern.
[0048] Durch die Erhöhung der Leistung des Wärmeerzeugers WP, der Heizkreisumwälzpumpe HP
und das weiter Öffnen des Mischventils M bzw. die Offenstellung des Umschaltventils
U erhöht sich also die an den Verbraucher HK im Heizkreis H abgegebene Heizleistung.
Wie die Fig. 2b weiterhin zeigt, kann durch das weitere Stellsignal des Kompensationsgliedes
K am zweiten Ausgang S
II der Regeleinrichtung R bewirkt werden, daß die zweite Leistungsstufe so lange eingeschaltet
bleibt, bis die Isttemperaturden Pegel ϑ
RSoll-
Δϑ überschreitet (Zeitpunkt t₅) oder bis die Temperatur die Solltemperatur ϑ
RSoll überschreitet (Zeitpunkt t₆ bzw. t
6ʹ). Durch längere Einschaltung der zweiten Leistungsstufe mittels des zweiten Ausgangs
S
II läßt sich der Gradient Temperaturerhöhung über der Zeit, also dϑ
R/dt, vom Zeitpunkt t₅ an erhöhen. Um ein unerwünschtes Überschwingen der Isttemperatur
über die Solltemperatur zu vermeiden, sollte der Temperaturgradient nicht zu hoch
sein.
[0049] Günstigerweise läßt sich auch die Dauer der zweiten Leistungsstufe mittels des am
zweiten Ausgang S
II der Regeleinrichtung R abgegebenen Stellsignals nach einer zweckmäßig vorgegebenen
Zeitdauer beenden, die von Betriebsparametern des Heizsystems abhängen. Vorteilhafterweise
kann der Zeitpunkt, an dem die zweite Leistungsstufe beendet wird, durch ein weiteres,
gegebenenfalls veränderliches Zeitglied in der Regeleinrichtung R zweckmäßig und
unabhängig von den Schnittpunkten der Isttemperatur mit den Temperaturpegeln ϑ
RSoll bzw. ϑ
RSoll-
Δϑ gemäß Fig. 2a festgelegt werden.
[0050] Während in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Leistungsstufen für den
Wärmeerzeuger WP, die Heizkreisumwälzpumpe HP und das Mischventil M vorgesehen sind,
läßt sich die Erfindung vorteilhafterweise auch mit kontinuierlich oder stetig veränderlichen
Leistungswerten des Wärmeerzeugers WP, der Heizkreisumwälzpumpe HP und/oder der vom
Mischventil M übertragenen Heizleistung realisieren.
[0051] Fig. 3a zeigt einen weiteren Temperaturgang über der Zeit beginnend mit dem Zeitpunkt
t₄ bzw. t₄ + Δt, an dem das zweite Stellsignal am zweiten Ausgang S
II der Regeleinrichtung R erzeugt wird. Zu diesem Zeitpunkt geht also die Isttemperatur
unter den Pegel ϑ
RSoll-
Δϑ.
[0052] In Fig. 3a sind ein erster Temperaturgang a in Vollinien und ein zweiter Temperaturgang
b gestrichelt eingezeichnet, die dann jeweils unterschiedliche Verläufe a₁, a₂ bzw.
b₁, b₂ nehmen.
[0053] Fig. 3b zeigt drei Leistungsstufen über der Zeit t, die aufgrund des Erfindungskonzepts
mit den in Fig. 3a gezeigten Temperaturgängen korreliert sind. Das zum Zeitpunkt
t₄ bzw. t₄ + Δt von der Regeleinrichtung R am Ausgang S
II erzeugte Stellsignal entspricht einem bestimmten Betrag der Leistungserhöhung. Der
Betrag der Leistungserhöhung kann dabei von der Außentemperatur und/oder dem Wärmebedarf
des Verbrauchers abhängen. In Fig. 3b sind zwei Fälle eingezeichnet, bei denen zum
Zeitpunkt t₄ bzw. t₄ +Δt die Leistung des Wärmeerzeugers, der Heizkreisumwälzpumpe
und/oder des Mischventils M ausgehend von einer Grundleistung um eine bzw. zwei Stufen
erhöht wird.
[0054] Die in Fig. 3b in Volllinien eingezeichnete Erhöhung um eine Stufe entspricht dabei
dem in Fig. 2b gezeigten Fall. Die Leistungserhöhung kann auch hier wie in dem in
Fig. 2b gezeigten Fall entweder zum Zeitpunkt, an dem die Isttemperatur den Temperaturpegel
ϑ
RSoll-Δϑ oder den Temperaturpegel ϑ
RSoll überschreitet, beendet werden. Alternativ kann wie in dem in Fig. 2b dargestellten
Ausführungsbeispiel die Temperaturerhöhung zu einem zweckmäßigen, von Betirebsparametern
des Heizsystems abhängig gewählten Zeitpunkt beendet werden.
[0055] Dem in Fig. 3a in Vollinie eingezeichneten Temperaturgang a, der sich nach dem Zeitpunkt
t
5a in die Kurvenäste a₁ und a₂ verzweigt, entsprechen die Kurven a₁ und a₂ in Fig. 3b,
die ebenfalls in Vollinien eingezeichnet sind.
[0056] Andererseits entsprechen dem gestrichelt eingezeichneten Temperaturgang b, der sich
nach dem Zeitpunkt, t
5b in die Äste b₁ und b₂ verzweigt, die gestrichelt eingezeichneten Leistungskurven
in Fig. 3b.
[0057] Die Leistung der im Heizsystem vorgesehenen, in ihrer Leistung variierbaren Einrichtungen
Wärmeerzeuger WP, Heizkreisumwälzpumpe HP und/oder Mischventil M läßt sich nach dem
oben Gesagten in einfacher Weise mittels des am zweiten Ausgang S
II erzeugten Stellsignals der Regeleinrichtung R in Stufen oder kontinuierlich, beispielsweise
in Abhängigkeit von der Außentemperatur und/oder demWärmebedarf des Verbrauchers,
variieren.
[0058] Der Betrag der durch die Heizkreisumwälzpumpe HP, den Wärmeerzeuger WP und/oder die
Stellung des Mischventils M bewirkten Leistungserhöhung läßt sich ebenfalls nach einem
vorgegebenen Steuerprogramm kontinuierlich oder stetig, z.B. in Abhängigkeit von der
tatsächlichen oder einer gespeicherten in ggfs. korrigierten theoretischen mittleren
Außentemperatur und/oder dem Wärmebedarf der Wärmeverbraucher, bestimmen.
[0059] Zur Realisierung des Steuerprograms sowie der Regelvorgänge ist die Regeleinrichtung
zweckmäßig programmgesteuert und enthält vorteilhafterweise einen Mikrocomputer.
[0060] Obwohl die in Fig. 1a und 1b dargestellten, erfindungsgemäß geregelten Heizsysteme
Wärmeerzeuger WP in Form eines Brenners oder einer Wärmepumpe aufweisen, läßt sich
die Erfindung bei beliebigen zentralen und dezentralen, mit einem flüssigen Wärmeträgermedium
arbeitenden Heizungsanlagen mit mindestens einem mit gasförmigem, festem und/oder
flüssigem Brennstoff und/oder elektrisch beheizten Heizkessel anwenden.
[0061] Das in Fig. 1 als Beispiel dargestellte Heizsystem weist nur einen Heizkreis H mit
einem Verbraucher HK auf.
[0062] Die Erfindung läßt sich jedoch auch bei Heizsystemen mit mehreren Heizkreisen, die
jeweils mehrere Verbraucher HK enthalten, anwenden.
1. Verfahren zur Raumtemperaturregelung bei mono- und bivalenten, zentralen und dezentralen,
mit einem flüssigen Wärmeträgermedium betriebenen Heizungsanlagen mit mindestens
einem mit gasförmigem, festem und/oder flüssigem Brennstoff und/oder elektrisch beheizten
Wärmeerzeuger und einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis vorgesehenen Mischventil
mit Stellantrieb oder einem Umschaltventil, die von einer Regeleinrichtung gesteuert
sind, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreisumwälzpumpe, wobei abhängig von
einer der Regeleinrichtung vorgegebenen Solltemperatur und von einer von mindestens
einem Temperaturfühler gemessenen Isttemperatur eine Stellgröße für die an mindestens
einen Wärmeverbraucher im Heizkreis abzugebende Heizleistung gebildet und Wärme mit
einer gegebenen Heizleistung an die Wärmeverbraucher abgegeben wird, wenn die Isttemperatur
unter die Solltemperatur abfällt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die an den Verbraucher abgegebene Heizleistung kontinuierlich oder stetig mit einer
vorgegebenen und ggfs. wählbaren Regelkennlinie oder sprunghaft in mindestens einer
Stufe un einen bestimmten Betrag erhöht wird, sobald und mindestens solange die Isttemperatur
(ϑR) um eine vorgegebene Temperaturdifferenz (Δϑ) unter die Solltemperatur (ϑRSoll) abgefallen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung durch Erhöhung
der Förderleistung der Heizkreisumwälzpumpe (HP) erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung
durch Verstellen des Mischventils (M) in Richtung einer Verringerung der Rücklaufbeimischung
zum Vorlauf erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung
durch Umschalten des Umschaltventils (U) oder Erhöhung des Tastverhältnisses bei impulsgesteuertem
Umschaltventil erhöht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung
des Wärmeerzeugers (WP) erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag
der Heizleistungserhöhung nach einem vorgegebenen Programm bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung
gestuft in mindestens einer Stufe erhöht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überbrückung
kurzzeitiger Verringerung der Raumlufttemperatur die Erhöhung der Heizleistung um
eine bestimmte Zeitdauer (Δt) nach dem Zeitpunkt des Abfalls der Isttemperatur um
die vorgegebene Temperaturdifferenz (Δϑ) unter die Solltemperatur (ϑRSoll) verzögert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag
der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der tatsächlichen oder einer gespeicherten
und ggs. korrigierten theoretischen mittleren Außentemperatur und/oder dem Wärmebedarf
der Wärmeverbraucher bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag
der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der Stellung des Mischventils bestimmt
wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumlufttemperatur
als Isttemperatur (ϑR) herangezogen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außentemperatur
als Isttemperatur (ϑR) herangezogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandtemperatur
als Isttemperatur (ϑR) herangezogen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Isttemperatur
als Kombination der Wandtemperatur und der Raumlufttemperatur ermittelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
des vom Wärmeerzeuger erwärmten Wärmeträgermediums als Isttemperatur (ϑR) herangezogen wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Solltemperatur des Wärmeerzeugers
(WP) bzw. eines Heizkessels und/oder die Vorlauftemperatur nach dem Mischventil (M)
nach der tatsächlichen oder einer gespeicherten und ggfs. korrigierten theoretischen
mittleren Außentemperatur gesteuert werden.
17. Vorrichtung zur Raumtemperaturregelung bei mono- und bivalenten, zentralen und
dezentralen, mit einem flüssigen Wärmeträgermedium (W) betriebenen Heizungsanlagen
mit mindestens einem mit gasförmigem, festem und/oder flüssigem Brennstoff und/oder
elektrisch beheizten Wärmeerzeuger (WP), einem ihm nachgeschalteten, in einen Heizkreis
eingeschalteten Mischventil (M) oder mindestens einem Umschaltventil (U), die eine
von der Stellung abhängige Heizleistung an einen oder mehrere im Heizkreis befindliche
Wärmeverbraucher (HK) abgeben, und einer im Heizkreis vorgesehenen Heizkreisumwälzpumpe
(HP), wobei der Wärmeerzeuger (WP) gegebenenfalls variable, steuerbare Heizleistung
aufweist und die Heizkreisumwälzpumpe gegebenenfalls bei zwei oder mehreren unterschiedlichen
Drehzahlen bzw. entsprechenden Förderdurchsätzen betreibbar ist, und insbesondere
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
mit
- mindestens einem Temperaturfühler (F), der eine Isttemperatur (ϑR) erfaßt,
und
- einer Regeleinrichtung (R), der direkt oder über eine Bedieneinheit oder einen Raumthermostaten
(T) eine Solltemperatur (ϑRSoll) vorgegeben werden kann und die aus der Differenz der Solltemperatur (ϑRSoll) und der Isttemperatur (ϑR) eine Stellgröße (SI) für die Grund-Heizleistung bildet, die an die Wärmeverbraucher
(HK) abgegeben wird, wenn die Isttemperatur (ϑR) unter die Solltemperatur (ϑRSoll) abfällt,
gekennzeichnet durch
- ein Kompensationsglied (K) innerhalb der Regeleinrichtung (R), das ein Stellsignal
(SII) abgibt, sobald der Istwert (ϑR) der Raumtemperatur um eine vorgegebene Temperaturdifferenz (Δϑ) unter den Sollwert
(ϑRSoll) der Raumtemperatur abgefallen ist,
- mindestens eine Stelleinrichtung (MHP, MM, MWP), die auf das Stellsignal (SII) anspricht
und durch entsprechende Ansteuerung
- die Heizleistung des Wärmeerzeugers (WP) um einen bestimmten Betrag erhöht
und/oder
- den Förderdurchsatz der Heizkreisumwälzpumpe (HP) durch Vergrößerung der Drehzahl
um einen bestimmten Betrag erhöht
und/oder
- das Mischventil (M) in Richtung einer weiteren Verringerung der Rücklaufbeimischung
zum Vorlauf verstellt
und/oder
- das bzw. die Umschaltventile (U) so ansteuert, daß die Heizleistung des durchfließenden
Wärmeträgermediums um einen bestimmten Betrag erhöht wird,
wobei die Heizleistung mindestens so lange erhöht gehalten wird, wie die Isttemperatur
(ϑR) um die Temperaturdifferenz (Δϑ) unter der Solltemperatur (ϑRSoll) liegt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtungen
(MHP, MM, MWP) so ausgebildet sind, daß die Erhöhung der Heizleistung stufenweise
oder kontinuierlich bzw. stetig nach einer vorgegebenen Regelkennlinie erfolgt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung
(R) den Betrag der Erhöhung der Heizleistung in Abhängigkeit von der tatsächlichen
oder einer gespeicherten und ggfs. korrigierten theoretischen mittleren Außentemperatur
und/oder dem Wärmebedarf der Wärmeverbraucher bestimmt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das
Kompensationsglied (K) ein erstes Zeitglied aufweist, das die Abgabe des Stellsignals
um eine bestimmte Zeitdauer (Δt) vom Zeitpunkt des Einschaltens der Heizkreisumwälzpumpe
(HP) bei Grundlastbedingungen verzögert.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekennzeichnet durch einen Raumtemperatursensor
mit gedämpfter Reaktion auf kurzzeitige Störgrößenänderung, der rascher als die Wand,
aber träger als die Luft auf Temperaturänderungen anspricht und diese signalisiert.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, gekennzeichnet durch einen Raumtemperatursensor,
der eine Kombination der Raumlufttemperatur und der Wandtemperatur erfaßt.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die
vorgegebene Temperaturdifferenz (Δϑ) etwa 2 bis 3 K beträgt.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (R) als Zweipunktregler arbeitet, der den Wärmeerzeuger (WP), die
Heizkreisumwälzpumpe (HP) und/oder das Mischventil (M) bzw. das. bzw. die Umschaltventile
(U) ansteuert.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung
(R) einen zusätzlichen zweiten Reglerausgang aufweist, der ebenfalls den Wärmeerzeuger
(WP), die Heizkreisumwälzpumpe (HP) und/oder das Mischventil (M) bzw. das bzw. die
Umschaltventile (U) ansteuert und zur Erhöhung der Heizleistung aktiviert wird, wenn
die Isttemperatur (ϑR) mindestens um die vorgegebene Temperaturdifferenz (Δϑ) unter die Solltemperatur
(ϑRSoll) abgefallen ist.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (R) als Dreipunktregler arbeitet, der den Wärmeerzeuger (WP), die
Heizkreisumwälzpumpe (HP) und/oder das Mischventil (M) bzw. das bzw. die Umschaltventile
(U) ansteuert.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (R) als stetiger Regler arbeitet.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (R) eine veränderliche Regelkennlinie aufweist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (R) ein zweites Zeitglied aufweist, das beim Einschalten der Heizkreisumwälzpumpe
(HP) unter Grundlastbedingungen zur Gewährleistung eines sicheren Anlaufens für eine
vorgegebene Zeitdauer eine Ansteuerung der Heizkreisumwälzpumpe (HP) unter Vollastbedingungen
bewirkt.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitglied
eine Zeitdauer von etwa 1 bis 2 Sekunden vorgibt.