DE19602388A1 - Verfahren und Vorrichtung zum bedarfsgeführten Betreiben eines Heizkörpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bedarfsge­ führten Betreiben mindestens eines Heizkörpers in Räumen, wobei sich die Wärmeleistungsabgabe des Heizkörpers mittels eines Thermostatventils selbst­ tätig in Abhängigkeit von der Raum-Lufttemperatur einstellt.

Vor dem Hintergrund einer Abnahme natürlicher Ener­ gieressourcen und der umweltschädigenden Auswirkun­ gen insbesondere bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe, schreibt die Heizungsanlagen-Verord­ nung vom 20.01.1989 vor, daß außer Niedertempera­ turheizungen alle Zentralheizungen mit zentralen und raumweisen Regelungen ausgestattet werden müs­ sen. Bekannt ist es, eine zentrale Regelung der Heizwasservorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur kombiniert mit einer raumweisen Re­ gelung durch thermostatisch gesteuerte Heizkörper­ ventile vorzunehmen. Die Vorlauftemperatur wird mit steigender Außentemperatur entsprechend der am Reg­ ler eingestellten Heizkennlinie abgesenkt. Zusätz­ lich zur Außentemperatur geführten Vorlauftempera­ turregelung kann eine zeitabhängige Absenkung der Vorlauftemperatur erfolgen. Üblich ist zum Beispiel eine Nachtabsenkung in der Zeit zwischen 22.00 Uhr und 6.00 Uhr. Bedingt durch die Vorlauftemperaturab­ senkung soll sich während dieser Zeit eine niedri­ gere Temperatur im Gebäude und damit eine Verringe­ rung des Heizenergieverbrauchs ergeben. Die raum­ weise durchzuführende Heizungsregelung erfolgt mit­ tels der erwähnten Thermostatventile, die die Wär­ meabgabe der Heizkörper regeln, indem sie den Heiz­ wasserdurchfluß in Abhängigkeit der Raumtemperatur der gewählten Thermostateinstellung anpassen.

Diese bekannte Heizungsregelung weist zwei Probleme auf, die zu einem erhöhten Heizenergieverbrauch führen: a) Die Beheizung der Räume erfolgt ent­ sprechend der Vorlauftemperatur und Heizkörperther­ mostateinstellung unabhängig davon, ob die Räume tatsächlich genutzt werden. b) Die zentrale Absen­ kung der Vorlauftemperatur führt nicht zwangsläufig zu einer Absenkung der Raumtemperatur, denn wird durch die zentrale Regelung die Vorlauftemperatur des Heizwassers abgesenkt, sinkt die Wärmeleistung der Heizkörper und damit die Raumtemperatur. Der Heizkörperthermostat reagiert auf diese sinkende Raumtemperatur und erhöht die Heizwasser-Durchfluß­ menge, um die eingestellte Raumtemperatur zu hal­ ten. Mit steigender Durchflußmenge steigt die Wär­ meleistung des Heizkörpers an. Solange der Heizkör­ perthermostat die Vorlauftemperaturabsenkung mit einer Erhöhung des Durchflusses kompensieren kann, ergibt sich trotz der Vorlauftemperaturabsenkung keine Raumtemperaturabsenkung. Die Folge ist gegen­ über dem beabsichtigten Ziel ein erhöhter Heizener­ gieverbrauch.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, daß einen kostengünstigen, ressourcenschonenden und einen raumweise bedarfsgeführten Heizbetrieb ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperaturfühlung des Thermostatventils mittels eines ihm zugeordneten, bedarfsabhängigen Wärmegebers beeinflußbar ist. Erfindungsgemäß wird die Temperaturfühlung des Thermostatventils mittels des Wärmegebers in gewünschter Weise beeinflußt. Die Aktivierung des Wärmegebers hat zur Folge, daß dem Thermostatventil eine erhöhte Umgebungs-Luft­ temperatur vorgetäuscht wird, so daß eine Drosse­ lung des Heizwasser-Durchflusses erfolgt. Mittels des Wärmegebers ist es somit möglich, die Heizkör­ perwärmeabgabe zu reduzieren oder auszuschalten, obwohl die Umgebungstemperatur ein Niveau aufweist, daß eigentlich zum Öffnen des Thermostatventils führen würde. Damit wird es auf einfachste Weise möglich, in Abhängigkeit von Vorgaben auf den Be­ trieb des Heizkörpers einzuwirken. Da die Zuordnung des Wärmegebers zum üblichen Thermostatventil auf sehr einfache Weise erfolgen kann und auch nachrüstbar ist, erfordert das erfindungsgemäße Vorgehen nur einen geringen technischen Aufwand. Beispielsweise ist es möglich, den Wärmegeber mit­ tels eines Wärmeleitklebers am thermostatischen Element des handelsüblichen Thermostatventils zu befestigen. Aufwendige Regelungseinrichtungen zur Beeinflussung des Heizwasser-Durchflusses, wie bei­ spielsweise motorbetriebene Schiebereinrichtungen, erfordert die Erfindung somit nicht. Ohne daß ein manueller Eingriff, beispielsweise durch Verände­ rung der Grundeinstellung des Thermostatventils er­ folgt, ermöglicht das erfindungsgemäße Vorgehen eine Beeinflussung des Heizkörperbetriebs, wobei die Aktivierung oder Deaktivierung des Wärmegebers automatisch in Abhängigkeit wählbarer Vorgaben er­ folgt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Wärmegeber elektrisch betrieben wird. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und kostengünstig zu realisieren, da sie lediglich die Verlegung einer elektrischen Leitung erfordert. Damit können auch bereits beste­ hende Anlagen problemlos auf den erfindungsgemäßen Stand gebracht werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß die Bedarfsabhängigkeit des Wärmegebers durch Zeitsteuerung erfolgt. Hierdurch ist es mög­ lich, beispielsweise nachts und/oder während des Wochenendes, den Heizwasser-Durchfluß zu begrenzen oder abzuschalten, indem die Zeitsteuerung den Wär­ megeber aktiviert, so daß er das thermostatische Element des Thermostatventils mit Wärme beauf­ schlagt. Die erwähnte Begrenzung ist derart zu ver­ stehen, daß entweder die Wärmeabgabe des Wärmege­ bers nicht zu einem vollständigen Schließen des Thermostatventils, sondern zu einer Drosselung des Heizwasser-Durchflusses führt oder es erwärmt sich der Wärmegeber durch eine entsprechende Ansteuerung stärker, so daß es zu einem vollständigen Ver­ schließen des Thermostatventils kommt. Denkbar sind auch mehrere Zwischenstufen, das heißt eine mehr oder weniger stark erfolgende Aktivierung des Wär­ megebers; dies kann auch nach einer stetigen Kenn­ linie erfolgen.

Es ist möglich, daß die Bedarfsabhängigkeit des Wärmegebers durch Bewegungserfassung gesteu­ ert/geregelt wird. Diese Bewegungserfassung wird vorzugsweise in einer definierten Raumzone durchge­ führt, wobei die Raumzone ein gesamter, den Heiz­ körper aufweisender Raum oder aber ein Abschnitt dieses Raumes sein kann. Sofern sich in einem Raum mehrere Heizkörper befinden, ist es möglich, jeden von ihnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, daß nur bestimmte Heizkörper erfindungsgemäß betrieben werden und der Übrige beziehungsweise die Übrigen in bisher üblicher Weise den Heizbetrieb durchführt beziehungsweise durchführen.

Zur Sicherung einer gewünschten frei einstellbaren Raummindesttemperatur ist es vorteilhaft, wenn die Bedarfsabhängigkeit des Wärmegebers auch durch Tem­ peraturerfassung erfolgt. Diese Erfassung der Raum­ temperatur kann beispielsweise der Schadensvermei­ dung (Frostschutz) dienen. Die handelsüblichen Thermostatventile verfügen über eine Frostschutz­ stellung, deren Funktion jedoch aufgrund der erfin­ dungsgemäßen Wärmebeaufschlagung außer Kraft ge­ setzt wird. Um nun dennoch diese Frostschutz-Siche­ rung zu erzielen, erfolgt eine Temperaturerfassung der Raumluft, wobei ab Unterschreiten eines vorgeb­ baren Schwellenwertes die Aktivierung des Wärmege­ bers abgestellt oder gemindert wird, so daß das Thermostatventil seinen Normalbetrieb und damit auch die Frostschutzfunktion aufnehmen kann.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, daß noch weitere bedarfsabhängige Situa­ tionen berücksichtigt werden. Diese bedarfsabhängi­ gen Größen können jeweils einzeln oder auch in be­ liebiger Kombination eingesetzt werden, um den Wär­ megeber in entsprechender Art und Weise anzusteu­ ern.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung unterliegt die Aktivierung des Wärmegebers einer Prioritäts­ folge von verschiedenen Bedarfsabhängigkeiten. Bei­ spielsweise erfolgt mittels der Zeitsteuerung eine Wochenendabsenkung des Heizbetriebs. Wenn nun - prioritätshöher - gleichzeitig eine Bewegungserfas­ sung erfolgt, so wird diese - bei Anwesenheit einer Person in dem zu heizenden Raum - zur Abschaltung des Wärmegebers führen und damit die untergeordnete Wochenend-Bedarfsabhängigkeit außer Kraft setzen. Die Folge ist, daß der Heizkörper seinen von der Einstellung des Thermostatventils abhängigen Heiz­ betrieb aufnimmt.

Schließlich ist es vorteilhaft, wenn die Aktivie­ rung des Wärmegebers erst nach Ablauf einer vorgeb­ baren Zeitspanne erfolgt. Hierdurch läßt sich eine Nachlaufautomatik realisieren, die beispielsweise verhindert, daß die Heizung beim kurzfristigen Ver­ lassen des mittels eines Bewegungsmelders überwach­ ten Raumes zu schnell abgeschaltet wird. Der Nach­ lauf, der dazu führt, daß die bisherige Betriebsart beibehalten wird, läßt sich beispielsweise inner­ halb eines Bereichs von 0 bis 3 Stunden einstellen. Ist beispielsweise eine Stunde eingestellt und die Person verläßt den Raum während der Mittagspause für 30 Minuten, so findet in dieser Zeit keine Tem­ peraturabsenkung der Heizung statt. Betritt die Person innerhalb der eingestellten Nachlaufzeit wieder den Raum, so wird die Nachlaufautomatik auf Start rückgesetzt, wobei auch jede weitere erfaßte Bewegung innerhalb des Raumes stets ein Zurückset­ zen auf Start bewirkt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum bedarfsgeführten Betreiben mindestens eines Heiz­ körpers, dem ein Thermostatventil zur selbsttätig erfolgenden Einstellung der Wärmeleistungsabgabe zugeordnet ist, wobei zur Beeinflussung der Tempe­ raturfühlung des Thermostatventils diesem ein be­ darfsabhängig arbeitender Wärmegeber zugeordnet ist.

Vorzugsweise ist der Wärmegeber als elektrischer Heizwiderstand ausgebildet.

Insbesondere ist vorgesehen, daß der Wärmegeber von einer Zeitschalteinrichtung und/oder von einem In­ frarot-Bewegungsmelder und/oder von einem Tempera­ turfühler aktiviert wird. Unter Aktivierung ist vorzugsweise ein Steuer- und/oder ein Regelungsvor­ gang zu verstehen.

Schließlich kann dem Infrarot-Bewegungsmelder eine zeiteinstellbare Nachlaufeinrichtung zugeordnet sein, um zu schnelle Reaktionen zu vermeiden.

Die erwähnte Temperaturerfassung des Raumes als be­ darfsabhängige Einflußgröße kann zusätzlich oder alternativ zur Herbeiführung einer Stütztemperatur im zu heizenden Raum verwandt werden. Hierunter ist zu verstehen, daß der Raum auf eine Mindesttempera­ tur, die vorzugsweise oberhalb der Frostgrenze liegt, gehalten wird, so daß beispielsweise der Temperaturhub einer morgendlichen Aufheizphase auf ein gewünschtes Maß begrenzt wird.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zwar zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines mit Heiz­ körper ausgestatteten Raumes, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beheizt wird und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht durch ein han­ delsübliches Thermostatventil, das mit einem erfindungsgemäßen Wärmegeber verse­ hen ist.

Die Fig. 1 zeigt einen Raum 1, der einen Heizkör­ per 2 aufweist. Eine Heizwasser-Zuführleitung 3 ist über ein Thermostatventil 4 mit dem Vorlauf 5 des Heizkörpers 2 verbunden. Eine Rücklaufleitung 6 führt zurück zu einer nicht dargestellten zentralen Heizeinrichtung, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur die Vorlauftemperatur einstellt.

Dem Thermostatventil 4 ist ein Wärmegeber 7 (Fig. 2) zugeordnet, der als elektrischer Heizwiderstand 8 ausgebildet ist. Über eine elektrische Leitung 9 ist der Wärmegeber 7 mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden, die vorzugsweise als Regler 11 ausgebil­ det ist. Ferner ist an die Steuereinrichtung 19 über eine Leitung 12 ein Infrarot-Bewegungsmelder 13, über eine Leitung 14 eine Zeitschalteinrichtung 15 und über eine Leitung 16 ein Temperaturfühler 17 angeschlossen.

Gemäß Fig. 2 weist das Thermostatventil 4 eine Drehhandhabe 18 auf, mittels der eine Grundeinstel­ lung erfolgen kann. In Abhängigkeit der von einem thermostatischen Element 19 sensierten Raumtempera­ tur und der gewählten Grundeinstellung der Dreh­ handhabe 18 wird ein Ventilstößel 20 betätigt, der den Durchflußquerschnitt der Rohrzuführung zum Heizkörper 2 einstellt. Hierzu wirkt der Ventil­ stößel 20 mit einem Ventilsitz 21 zusammen. An dem thermostatischen Element 19 ist der Wärmegeber 7 vorzugsweise mittels eines Wärmeleitklebers derart befestigt, daß von ihm durch Stromfluß erzeugte Wärme das thermostatische Element 19 beaufschlagt, wodurch die Temperaturfühlung des Thermostatventils 4 beeinflußt wird.

Es ergibt sich folgende Funktionsweise:
In Abhängigkeit der Steuereinrichtung 10, die als Regler 11 für den Einzelraum ausgebildet sein kann, wird der als elektrischer Heizwiderstand 8 reali­ sierte Wärmegeber 7 ein- beziehungsweise ausge­ schaltet. Dies erfolgt in Abhängigkeit von Signalen der Zeitschalteinrichtung 15, des Infrarot-Bewe­ gungsmelders 13 und/oder des Temperaturfühlers 17. Letzterer kann als Frostschutzwächter dienen oder für die Erzielung einer Mindesttemperatur im Raum herangezogen werden, die nicht unterschritten wird. Liegt diese Mindesttemperatur oberhalb der Frost­ schutzgrenze, so beinhaltet die Mindesttemperatur­ haltung die Frostschutzsicherung.

Wird der elektrische Heizwiderstand 8 aufgrund der Ansteuerung von Strom durchflossen, so heizt er das thermostatische Element 19 des Thermostatventils auf, wodurch die Heizwasserzufuhr zum Heizkörper 2 verringert oder geschlossen wird. Eine Verringerung läßt sich erzielen, wenn die vom Heizwiderstand 8 entwickelte Temperatur nicht so groß ist, daß das Thermostatventil 4 vollständig absperrt. In Abhän­ gigkeit der gewünschten Ausführungsform ist es je­ doch auch möglich, daß die Temperaturentwicklung derart groß ist, daß eine gänzliche Heizwasserab­ sperrung erfolgt. Schaltet der Regler 11 den Strom für den elektrischen Heizwiderstand 8 ab, so nimmt das Thermostatventil 4 den Normalbetrieb auf, das heißt, seine von der Raumtemperatur abhängige Re­ geleigenschaft wird nicht mehr durch die gesteuerte Manipulation mittels des Heizwiderstands 8 beein­ flußt.

Das Ein- und Ausschalten des elektrischen Heizwi­ derstands 8 ist von folgenden Parametern abhängig: Sensiert der Infrarot-Bewegungsmelder 13 eine Raum­ nutzung, so wird der elektrische Heizwiderstand 8 ausgeschaltet, damit der Heizkörper 2 den Raum heizt. In Abhängigkeit von einem Nutzungsprofil (zum Beispiel Tag- und Nachtrhythmus, gegebenen­ falls unter Berücksichtigung einer Wochenendab­ schaltung) führt die Zeitschalteinrichtung 15 ihre Funktion aus, indem sie in Abhängigkeit eines vor­ gebbaren Schaltprogramms den Regler 11 und dieser den elektrischen Heizwiderstand 8 ein- und aus­ schaltet. Sinkt die Temperatur im Raum 1 unter einen vorgebbaren Wert, so wird dies vom Tempera­ turfühler 17 erfaßt, der den Regler 11 derart an­ steuert, daß der elektrische Heizwiderstand 8 außer Funktion tritt und somit die Frostschutzfunktion des Thermostatventils 4 aktiviert wird.

Die vorstehend genannten Parameter können gemeinsam oder auch einzeln sowie in gewünschter Kombination wirken, wobei es überdies möglich ist, eine Priori­ tätsfolge vorzusehen, beispielsweise derart, daß eine von der Zeitschalteinrichtung 15 vorgesehene Wochenendabschaltung außer Funktion tritt, wenn der Infrarot-Bewegungsmelder eine Raumaktivität erfaßt.

Vorzugsweise ist dem Infrarot-Bewegungsmelder 13 eine Nachlaufeinrichtung 22 zugeordnet, die sich beispielsweise innerhalb des Gehäuses des Reglers 11 befinden kann. Diese Nachlaufeinrichtung 22, die individuell in der Zeit einstellbar ist, verhin­ dert, daß die Heizung zum Beispiel bei einem kurz­ zeitigen Verlassen des Raumes ausgeschaltet wird, da der Infrarot-Bewegungsmelder 13 keine Bewegungen mehr registriert.

Die Erfindung gestattet eine bedarfsorientierte Einzelraumregelung einer Heizanlage beziehungsweise eines Heizkörpers mit Hilfe einfach bedienbarer und kostengünstiger Komponenten, die zum Beispiel auch in Altbauten nachgerüstet werden können. Auch in Liegenschaften ohne Gebäudeautomatisierungsanlagen oder dergleichen lassen sich aufgrund der Erfindung Heizenergie-Einsparpotentiale erschließen. Sämtli­ che Bauteile entstammen der Großserienproduktion mit einem daher sehr günstigen Preis-Leistungsver­ hältnis; sie sind handelsüblich somit einfach zu beschaffen. Gegenüber bekannten Konzepten der Ge­ bäudeautomatisierung, die eine zentrale Leittechnik und eine Gebäudeleittechnik benötigen und daher ex­ trem aufwendig sind, liegt eine einfache, kosten­ günstige und dennoch hochwirksame Lösung vor.

Claims (13)

1. Verfahren zum bedarfsgeführten Betreiben minde­ stens eines Heizkörpers, wobei sich die Wärmelei­ stungsabgabe des Heizkörpers mittels eines Thermo­ statventils selbsttätig in Abhängigkeit von der Um­ gebungs-Lufttemperatur einstellt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperaturfühlung des Thermostat­ ventils (4) mittels eines ihm zugeordneten, be­ darfsabhängigen Wärmegebers (7) beeinflußbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmegeber (7) elektrisch betrieben wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedarfsabhän­ gigkeit des Wärmegebers (7) durch Zeitsteuerung er­ folgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedarfsabhän­ gigkeit des Wärmegebers (7) durch Bewegungserfas­ sung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedarfserfas­ sung des Wärmegebers (7) durch Temperaturerfassung erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Wärmegebers (7) einer Prioritätsfolge von ver­ schiedenen Bedarfsabhängigkeiten unterliegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung des Wärmegebers (7) erst nach Ablauf einer vorgeb­ baren Zeitspanne erfolgt.

8. Vorrichtung zum bedarfsgeführten Betreiben min­ destens eines Heizkörpers, dem ein Thermostatventil zur selbsttätig erfolgenden Einstellung der Wär­ meleistungsabgabe zugeordnet ist, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder meh­ reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Beeinflussung der Temperaturfüh­ lung des Thermostatventils (4) diesem ein bedarfs­ abhängig arbeitender Wärmegeber (7) zugeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmegeber (7) ein elektrischer Heizwiderstand (8) ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmegeber (7) von einer Zeitschalteinrichtung (15) angesteu­ ert wird.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmegeber (7) von einem Infrarot-Bewegungsmelder (13) ange­ steuert wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmegeber (7) von einem Temperaturfühler (17) aktiviert be­ ziehungsweise deaktiviert wird.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Infrarot- Bewegungsmelder (13) eine zeiteinstellbare Nach­ laufeinrichtung (22) zugeordnet ist.