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Automatische Heizungssteuerungsvorrichtung
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Das Progressiv-Ventil PV hat die Aufgabe, progressiv zur verlangten Wärme zu steuern. Es wirkt also in der sogenannten Auf-Zu-Steuerung. Da praktisch sämtliche Ventile mit Kondensatorläufern ausgestattet sind, ist auch diese Schaltung darauf abgestimmt und mit dem Relais IR einfach durchzuführen.
Die beschriebene Schaltung erlaubt es, mit einem einzigen Relais sämtliche drei bekannten Antriebsarten zu erfassen, wodurch andere Steuerorgane und damit Fehlerquellen eliminiert werden.
Die starre Verschaltung des Systems, wie in Fig. 1 gezeigt, würde den Anforderungen einer Heizungssteuerung für ein Gebäude nicht voll entsprechen. Daher soll zwischen den beiden Kontaktthermometern AT und KT eine sogenannte Anpassungsschaltung erfolgen.
Die Anpassungsschaltung der Schemas Fig. 3 a und Fig. 3 b, welche einzeln oder kombiniert verwendet werden können, geben die Möglichkeit, ein gutes Anpassen der Steuerung an die Wärmeeigenschaften des gegebenen Gebäudes zu erreichen. An Hand des Schaltbildes in Fig. 3 a soll gezeigt werden, dass dies elektrisch mit Hilfe zweier Umschaltrelais US, und US11 durchgeführt werden kann.
Normalstellung : Schalter Si geschlossen, d. h. Relais US1 in Arbeit, Schalter S2 geöffnet, d. h.
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in Ruhe. 00 des Aussenthermometers AT ist mit 60 0 des Kontaktthermometers KT0 des Aussenthermometers AT ist dann mit 650 des Kontaktthermometers KT verbunden.
Wird eine kühlere Einstellung der Heizung verlangt, so ist S 1 und S 2 geschlossen, US, und USIn
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automatisch erfolgen können, ist es also möglich, die gewünschte Relation zwischen Aussentemperatur und Temperatur des Heizmediums zu variieren.
Eine weitere Variierungsmöglichkeit zeigt die Schaltung gemäss Fig. 3 b, die einen Handschalter AS zeigt, mit welchem drei oder noch mehr Schaltungen möglich sind. Dieser Handschalter wird bei Montage einmalig eingestellt. Es ist z. B. möglich, zu einer bestimmten Aussentemperatur von 0 0 C eine Heiztemperatur von 60 C einzustellen (Position I normales Haus). Handelt es sich aber um ein warmes Haus, welches weniger Heizung verlangt, so kann der Schalter AS umgelegt werden (Position II), dass nur mit 55 C geheizt wird. In einem kalten Haus erfolgt die Heizung entsprechend mit 650 C (Position III).
Werden nun die beiden Schaltungen Fig. 3 a und Fig. 3 b gekoppelt, so ergeben sich die Heizkurven gemäss Fig. 4.
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der Vorlauftemperatur zur Aussentemperatur. Es ist keine starre Verhältniskurve wie in Fig. 4 die Kurven H, R oder T. A. bekannter Heizungssteuerungen. Gerade diese Anpassung gestattet die exakte Funktion der gesamten Heizungssteuerung, wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich sein wird.
Die Korrektur der Raumtemperatur nach Fig. 5 mit Hilfe eines veränderlichen Raum-Kontaktthermo- meters RF ermöglicht eine annähernde Konstanthaltung der Raumtemperatur, ist aber nur bei direkter Brennersteuerung anwendbar.
Der Massekontakt PK (+) des Kontaktthermometers liegt am Massepunkt PR und wird über den Quecksilberfaden mit Kontaktpunkt KP verbunden und damit auch über den Massepunkt PA des Aussen- thermometers mit dem Steuerrelais IR.
Folgender Vorgang wird damit erreicht :
Die eingestellte Raumtemperatur KP bestimmt zusätzlich das Schliessen und Öffnen des Steuerrelais IR.
Wird die Raumtemperatur erreicht oder durch plötzlichen Wärmeeinbruch von aussen PR über KP mit PA verbunden (Quecksilberfaden), so wird der Stromkreis des Relais IR geschlossen und damit der Heizvorgang unterbrochen. Sollte sich aber erweisen, dass die gewünschte, mit Hilfe des Kontaktpunktes KP eingestellte Raumtemperatur nicht erreicht wird, so muss mit dem Handschalter AS auf" wärmer" geschaltet werden.
Dies würde der Anpassung "kühles Haus" entsprechen.
Ebenso kann durch Absenkung des Kontaktpunktes KP von Hand die reduzierte Nachtraumtemperatur eingestellt werden. Die Thermometer A T und KT mit den Massepunkten PA und PK haben dann keine Funktion mehr, da sie nun überbrückt sind.
Um ein einwandfreies Funktionieren der Anlage zu gewähren, muss der Regulierthermostat am Kessel überbrückt werden, da er, falls er zu niedrig eingestellt ist, bei darüberliegenden Wassertemperaturen die einwandfreie Funktion der Steuerung beeinflussen könnte. Die Kesseltemperatur läuft dann im Maximum bis zum Sicherheits-Thermostaten auf.
Abgesehen davon muss bei dieser Schaltung die Heizwassertemperatur etwas höher sein als nach der Heizkurve erforderlich, damit genügend Energie zur Verfügung ist um PR mitKPzu verbinden (Raumwärme erreicht).
Die Nachtabsenkung braucht aber nicht über den Thermometer RF von Hand eingestellt zu werden, sondern dies kann mit Schaltuhr U unter Zuhilfenahme des Regulierthermostaten Th am Kessel erfolgen.
Es können folgende Schaltstellungen erreicht werden :
1. Tag voll-Nacht voll.
2. Tag voll-Nacht reduziert.
3. Tag reduziert-Nacht reduziert.
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ad 1. Netzschalter NS ein - S2 und S1 geschlossen ; ad 2. NS geschlossen - S2 geschlossen, S1 geöffnet ; ad 3. NS geschlossen-S, und S, geöffnet.
Die Nachtabsenkung wird über den Regulierthermostaten eingestellt, es ist aber erforderlich, die gewünschteNachtabsenkungmitderAussentemperaturabzustimmen, dasonstdieNachtabsenkungsehrsprunghafte Raumtemperaturen zur Folge haben kann. Der Regulierthermostat soll zur Nachtabsenkung 20 C bis 25 C tiefer als die erforderliche Tages-Vorlauftemperatur eingestellt werden.
Eine einwandfreie Nachtabsenkung kann gemäss der Schaltung in Fig. 5 nicht gewährleistet werden, da diese dort über den Regulierthermostaten eingestellt werden muss. In der Schaltung gemäss Fig. 6 sind zwei Raumkontaktthermometer RF1 und RF2 zu erkennen. Beide Kontaktthermometer können variabel einregulierbar oder mit fixen Kontaktpunkten KPl bzw. KP2 versehen sein. Am Thermometer RF2 wird die gewünschte Raum-Nachtabsenkungs-Temperatur eingestellt. Mit den beiden kombinierten Raumfühlem RF1 und RF2 können folgende Schaltstellungen gewählt werden : 1. Tag voll-Nacht voll ;
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3. Tag reduziert-Nacht reduziert ;
4. Tag Vollast.
Die Schalter Si und Si A sowie S2 und S2 A sind als Umschalter gekoppelt. ad 1. Si und S2 geöffnet.
Damit hat RF2 keine Funktion. Temperaturfunktion über RF1. Die Uhr U hat keine Funktion. ad 2. Si geschlossen - S2 geöffnet.
Schliesst die Uhr U ihren Kontakt in der Nacht oder am Abend (Nachtstellung), so wird der +-Kon- takt von PR2 über den Quecksilberfaden zu KP2 über Si und Uhr an IR gelegt. Die Heizung wird unterbrochen, u. zw. so lange, bis der Raum sich soweit abgekühlt hat, dass der Quecksilberfaden unter KP2 zu liegen kommt. Dann fällt das Relais ab und verlangt Wärme. Die eingestellte Nacht- absenkungs-Temperatur wird hier konstant gehalten. ad 3. Si geöffnet - S2 geschlossen.
In dieser Schaltung wird das Kommando nur über den RF2 gegeben, und die reduzierte Raum- temperatur ist Tag und Nacht eingeschaltet. Die Uhr hat keine Funktion. ad 4. Si und S2 geschlosssen.
Damit öffnen Si Asowie S2 A und die Verbindung des + zu den Punkten PR1 und PR2 ist unterbrochen. Das Relais IR fällt ab und heizt solange auf Vollast, als dies gewünscht wird (max. bis Sicherheitsthermostat).
Durch die Ersetzung der beiden Schalter Si und S2 der elektrischen Anpassungsgruppe (Fig. 3 a) durch ein Korrekturkontaktthermometer RK mit festen Kontaktstellen gemäss Fig. 7 erhält man eine automatische und absolute Anpassung.
Da aber eine ausschliessliche Regelung über die Anpassungsgruppe nicht ganz zweckmässig erscheint, muss eine relative Korrektur ebenfalls vorgesehen sein.
In Fig. 7 ist ein Korrektur-Kontaktthermometer RK mit vier Anzapfungen gezeichnet.
Liegt die Raumtemperatur zwischen 20 C/21 C (gewünschte Raumtemperatur), so ist der Normalzustand vorhanden. Sinkt aber die Temperatur unter 190 C, so wird die Verbindung vom +-Kontakt über den Massepunkt PR und die Kontaktstelle 19 C des Korrekturthermometers RK zum Massepunkt PA unterbrochen, das Relais IR fällt ab und steuert nun den Kessel oder das Mischventil auf voll. Wird nun der Punkt 19 C erreicht, so beginnt die Funktion der absoluten Anpassung über Relais US, und Relais usii.
Wird nun im Fühlraum (dies wird zumeist das Wohnzimmer bzw. das Chefbüro sein), das Fenster ge- öffnet, so sinkt die Temperatur in diesem Raum sofort ab, was zur Folge hat, dass die Heizleistung so weit gesteigert wird, dass die übrigen Räume überhitzt würden. Um dies zu verhindern, wird vor Öffnen des Fensters oder mit diesem gekuppelt der Schalter TS geschlossen. Im schlimmsten Fall steigt die Temperatur in den andern Räumen so weit an, als dies die automatische Anpassungsgruppe in ihrer Stellung "wärmer" zulässt.
Steigt die Temperatur aber durch Wärmeeinfluss von aussen über 22 C, kann der +-Kontakt direkt am Relais IR liegen (nicht gezeichnet, da weitere Sicherung vorgesehen), und der Heizungsprozess wird entweder über den Kessel oder das Vorlauf-Mischventil unterbrochen.
Wird nach irgendeiner Absenkung (Abschalten oder Nachtabsenkung) der Heizung die normale Raumtemperatur wieder verlangt (über Schaltuhr usw. ), so ist nach der eben besprochenen Schaltung ein rasches Aufheizen des Raumes gewährleistet, u. zw. so lange, bis der erste Punkt 19 C des RK erreicht ist. Hier stellt sich dann die Heizwassertemperatur so ein, wie es nach der Aussentemperatur erforderlich ist.
Die Kurven in Fig. 8 zeigen, dass nach kürzester Zeit die Raumnormale erreicht ist (s. Kurve X). Die Kurve Y, welche nach der bekannten Thermostatregelung erfolgt, hat zwar eine rasche Aufheizung, aber auch eine Über- bzw. Unterheizung, die sich erst durch langes Einschwingen normalisiert. Eine Raumregelung nur nach Aussenfühler Z braucht sehr lange Zeit, um die gewünschte Temperatur zu erreichen.
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Angenommen ist bei den beiden Kurven Y und Z, dass die Heisswassertemperatur zur Aussentemperatur abgestimmt ist, da sonst ein einwandfreies Funktionieren dieser bekannten Steuerung ohnedies in Frage gestellt ist.
Bei den bisher aus der Praxis bekannten Steuerungen, die auf der relativen Anpassung basieren, die aber bereits Raum-Korrektur-Thermostaten verwenden, sind solche jedoch nur in einem Raum angebracht. Selbstverständlich wird man Raumfühler an mehreren Orten anbringen müssen, wenn es sich um getrennte Heizstränge handelt. Es ist aber nicht möglich, bei den bisher bekannten Heizungssteuerungen, welche ein Gebäude über einen Strang heizen, mit mehreren Raumfühlem zu steuern. Nachstehend wird eine solche Mehrfachsteuerung erläutert. Wie schon erwähnt, kann durch das Abkühlen des Fühlraumes ein Überhitzen der andern Räume eintreten. Um dies zu verhindern, ist der Schalter TS vorgesehen.
Nimmt man jedoch an, dass vergessen wird, den Schalter TS (Fig. 7) umzulegen (z. B. in einem Hotel), so wäre eine Überhitzung der andern Räume die Folge. Bringt man nun in mehreren Räumen, mindestens aber in einem Nebenzimmer, einen Raumfühler RTN an, der nun die Funktion des Schalters TSübernimmt, so kann keine Überhitzung der andern Räume mehr eintreten. Diese Raumkontaktthermometer, die nun etwas unter dem untersten Temperaturpunkt des RKliegen müssen, also 190 C, haben folgende Funktionen : Wird der eigentliche Fühlraum durch Öffnen des Fensters unterkühlt, und sämtliche Räume liegen über 18 C, so ist eine Überbrückung bei RK von 19 C zu PR gegeben.
Die Überbrückung kommt zustande, da ja der Massepunkt PTH des Fühlers RTN mit 18 C durch den Quecksilberfaden geschlossen ist. Tritt aber nun eine plötzliche Abkühlung des gesamten Gebäudes auf, und es sinkt nun auch bei den RaumKorrekturfühlern RTN im Zusammenhang mit dem Hauptraumfühler RK die Temperatur unter den gemein- samen Punkt 18 bzw. 190 C (Schalter TS muss natürlich geöffnet sein), so beginnt die Vollast-Stellung, u. zw. so lange, bis das Gebäude wieder überall die geforderte Temperatur erhält.
Wird im Hauptfühlraum RK die Temperatur erhöht, z. B. durch das Eintreffen vieler Gäste, oder durch das Aufstellen eines elektrischen Ofens, und die Temperatur steigt über 22 C, so schaltet bei direkter Schaltung zu Relais IR automatisch das Mischventil oder die Heizung voll ab. In den übrigen Räumen
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nachstehendIR unterbrochen. Die Funktion der Anpassungsgruppe über Punkt 21 beginnt nun ihre Tätigkeit. Natürlich wird eine Überhitzung des Hauptfühlraumes die Folge sein, und es bleibt dann nichts anderes übrig, als das Fenster zu öffnen oder die zusätzliche Wärme abzuschalten.
Bei Parallelschaltung einzelner Gruppen von Nebenraumfühlern RTN oder RTH lassen sich beliebig viele Nebenraumfühler anschliessen. Da es ja in einem Hotel z. B. möglich wäre, dass in mehreren Räumen gleichzeitig eine Überhitzung bzw. Unterkühlung eintreten könnte, wobei aber nicht das ganze Gebäude auf eine andere Heiztemperatur einzustellen wäre.
Bei einer bekannten automatischen Heizungsregelung mit Vorlauf-Mischventil ist es unbedingt erforderlich (wie es auch in den Vorschriften steht), dass die Kesseltemperatur, unabhängig von wärmerer oder kälterer Witterung bis zum Sicherheits-Thermostaten auflaufen muss (zirka 90 C). Dies ist verständlich, da ja die Temperatur vorhanden sein soll, wenn bei tiefen Aussentemperaturen der Vorlauf 85 oder 90 C aufweisen muss. Vorlauftemperaturen über 75-80 C werden nur dann benötigt, wenn wirklich sehr tiefe Aussentemperaturen auftreten. Liegen die Temperaturen aber im normalen Bereich, d. h. die Vorlauftemperatur bei 60-65 C oder noch darunter, so strahlt der Kessel durch seine sehr hohe Kesseltemperatur stark ab.
In der in Fig. 9 gezeigten Schaltung erfolgt beim Kontaktpunkt 70 C des KontaktthermometersKT eine Anzapfung zum Thermostat-Relais TR. Der Regulierthermostat, welcher am Kessel mit 75 C eingestellt ist, lässt also die Temperatur nicht höher ansteigen als bis zu 75 C. Dies ist eine normale KesselBoiler-Temperatur.
Wird eine höhere Vorlauftemperatur als 700 C verlangt, so wird über den Massepunkt PK und den Quecksilberfaden die Spannung an die Spule des Relais TR gelegt, welches anzieht und den Regulierthermostaten überbrückt. Erst dann läuft die Kesseltemperatur bis zum Sicherheitsthermostaten (90 oC) auf.
Durch die absolute Anpassung ist es vollkommen gleichgültig, welche Aussentemperatur dazu erforderlich ist (verschiedene Bauten), um die Vorlauftemperatur von 70 C zu bestimmen. Ist es nun nach vorerwähnten Kurven ein "warmes" oder kühles" Haus, so liegt die Aussentemperatur eben höher oder tiefer zu den 700 C des KT. Ausschlaggebend ist vor allem der Kontakt des KT bei 700 C, also die verlangte Vorlauftemperatur. Die Einstellung (75 C) des Regulierthermomstaten soll höher als die Anzapfung 700 C des KT
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Die Schaltung kann aber auch derart sein, dass bei Vollast, z. B. beim Einschalten der Heizung, die Kesseltemperatur bis zum Einspülen der Raumheizung 70 C überschreitet und auf 90 C geht.
Dies ist auch der Fall, wenn ein Boiler vorgeschaltet wird und durch dessen Abzapfung mehr Wärme verlangt wird.
An die beschriebene Steuerungsanlage lassen sich noch verschiedene andere Schaltungen anschliessen, die der automatischen Steuerung, insbesondere der Sicherung, dienen.
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Fig. 10 zeigt z. B. die Schaltung, mit welcher eine Kondenswasserbildung im Heizsystem verhindert werden kann. Bei Unterschreitung der Heiztemperatur von 55 C erfolgt die automatische Abschaltung der Umwälzpumpe. Der normale Betrieb wird erst wieder bei Erreichung einer Mediumtemperatur von 65 C erreicht.
Es ist auch möglich, den Kontaktpunkt +4 C am Aussenthermometer direkt mit dem Brennerstromkreis in Verbindung zu setzen, damit bei Erreichung dieser Temperatur bereits eingeschalten wird zwecks Vorwärmung des Kesselwassers.
Als weitere Schaltungsmöglichkeit sei auf die Boiler-Vorwahl-Schaltung hingewiesen, wobei Verwendung von viel Boilerwasser die Heizleistung vorübergehend reduziert werden kann, um den Boilerwasserausfall zu kompensieren.
Ebenso kann die Heizleistung, z. B. durch Ausschaltung der Umwälzpumpe bei höherer Aussentemperatur verringert werden, so dass nur eine geringe Schwerkraftumwälzung erfolgt. Dies ist insbesondere bei Sommerschaltung der Fall.
Sowohl in der Durchführung der Schaltvorgänge als auch bei der Bewegung des Ventils können bewusste Verzögerungsschaltungen eingebaut sein.
Alle Zahlenangaben bei den Kontaktstellen sind lediglich als Beispiele zu werten. Die effektiv zu wählenden Wärmegrade müssen von Fall zu Fall festgelegt werden.
Fig. 11 zeigt in Zusammenstellung eine einfache Heizungssteuerung, u. zw. als Zusammenziehung einzelner vorher beschriebener Baugruppen. Man erkennt die zwei in reziproker Wertanordnung über den
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lagen, einen einfachen Raumfühler RF ohne Sicherungen, sowie das Steuerrelais IR. Auf der rechten Seite sind alle von der Steuervorrichtung beeinflussten Organe, wie Brenner, Wendemotor des Mischventils, Impulsventil, Kesselthermostaten.
Die beschriebene Anlage mit den verschiedenen Varianten kann gleichzeitig zur Steuerung mehrerer Stränge und/oder mehrerer Heizkessel verwendet werden, wobei z. B. nur ein Aussenthermometer mehrere Schaltuhren oder eine Mehrfachuhr notwendig sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Automatische Heizungssteuerungsvorrichtung für Gebäude mit mindesE. s zwei, mit elektrisch leitendem Stoff arbeitenden Thermometern, deren periodisch aufeinanderfolgende Kontaktstellen in gegenläufiger Reihenfolge der Skalenwerte jeweils zu einem elektrischen, ein Steuerrelais für die Beeinflussung des Heizmediums durchfliessenden Stromkreis miteinander verbunden sind, wobei zwecks Anpassung der zu erzielenden Temperaturabhängigkeit ein zwischen den Kontaktstellen angeordneter Mehrfachüberbrückungsschalter die Verbindungen herstellt, bei welcher Vorrichtung das eine Thermometer die Temperatur des gesteuerten Heizmediums und das andere Thermometer die Temperatur des steuernden Mediums, z.
B. der Aussenluft, misst, dadurch gekennzeichnet, dass neben der an sich bekannten Hand- oder Uhrbetätigung des Mehrfachüberbrückungsschalters (AS und Fig. 3) ein von mindestens einem dritten Anpas-
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