DE3101384C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Raumtemperatur-Steuersystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus der DE-OS 28 48 848 ist es bekannt, eine Wärmepumpe zusammen mit einer elektrischen Widerstandsheizung zu betreiben. Die Umschaltung zwischen beiden Heizungsquellen erfolgt unter Gesichtspunkten der Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit von der Außentemperatur.

Andererseits ist es bekannt, zeitgesteuerte Raumthermostaten zur Aufrechterhaltung einer Normaltemperatur während ausgewählter Zeitperioden und einer Absenkungstemperatur während anderer ausgewählter Zeitperioden zu verwenden. Derartige Raumthermostaten können mehrstufig sein, um die verschiedenen Stufen einer Heizung zu steuern, wobei beispielsweise die Wärmepumpe als eine erste Stufe und die elektrische Hilfsheizung als eine zweite Stufe der Heizung dient. Hierbei ergibt es sich, daß während einer normalen Temperatursteuerung bei einer hohen Heizbelastung und bei geringen Außentemperaturen der Kompressor der Wärmepumpe nahezu dauernd in Betrieb ist. Ist bei einem derartigen Steuersystem mit einen zeitgesteuerten mehrstufigen Thermostaten eine Nachtabsenkung vorgesehen, so wird während einer ausgewählten Zeitperiode in der Nacht die Raumtemperatur auf einen geringeren Wert zurückgestellt.

Während eines Teiles der Absenkungszeit und bei fehlender Wärmeanforderung kann die Wärmepumpe über eine ausgedehnte Zeitperiode stillgesetzt werden, bevor sie aufgrund einer Wärmeanforderung wieder in Betrieb gesetzt wird. Wenn man nun bei einer geringen Außentemperatur der Raumtemperatur einen Abfall während der Nachtabsenkung gestattet, so ist die Einschaltbelastung im Zurückführen der Raumtemperatur auf den Normalwert besonders groß. Daher kann es erforderlich sei, daß das Steuersystem eine teuere elektrische Zusatzheizung beim Einschalten des Heizsystems zusätzlich in Betrieb nimmt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Raum­ temperatur-Steuersystem der eingangs genannten Art so auszu­ bilden, daß möglichst wenig von der teuren zusätzlichen Heiz­ stufe Gebrauch gemacht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der Figuren der Zeichnung seien im fol­ genden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Temperatur- Steuersystems,

Fig. 2 einen Schaltkreis für das System gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Betriebsweise,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Temperatur- Steuersystems und

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Betriebsweise des Systems gemäß Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist ein Heizsystem dargestellt, das Wärme einem Raum 10 zuführt, um die Temperatur in dem Raum auf einem Wert zu hal­ ten, der durch einen mehrstufigen elektrischen Uhrenthermostaten 11 einstellbar ist. Der Thermostat 11 ist an eine Steuerkonsole 12 angeschlossen, die den Kompressor einer Wärmepumpe 13 und eine elektrische Zusatzheizung 14 steuert, um Wärme dem Raum 10 durch Erhitzen von Luft zuzuführen, welche durch ein Gebläse 15 zirkuliert wird. Durch den Betrieb des Komparators der Wärme­ pumpe 13 wird der Außenluft Wärme entzogen und dem Wärmeaus­ tauscher 20 zugeführt.

Der Thermostat 11 ist ein elektrischer Uhrenthermostat. Dieser Uhrenthermostat besitzt einen Zeitgebermotor 21 und wenigstens zwei temperaturabhängige Schalteinrichtungen in Form von Thermo­ statelementen 22 und 23. Diese Thermostatelemente 22 und 23 können für die Steuerung über Tag, beispielsweise auf Tempera­ turen von 21° und 20°C eingestellt werden. Aus Komfort- und Energieeinsparungsgründen kann während einer bestimmten Zeit­ periode in der Nacht die Temperatur in dem Raum 10 auf eine geringere Temperatur abgesenkt werden. So können beispielsweise während der Nachtzeit die Thermostatelemente 22 und 23 so ein­ gestellt werden, daß sie eine Temperatur von 18°C und 17°C steuern. Natürlich kann auch ein anderes Absenkungstemperatur- Steuersystem verwendet werden, bei dem beispielsweise die Thermostaten 22 und 23 durch eine einzige Bimetall-Einheit er­ setzt werden, die zwei getrennte Quecksilberschalter aufweist, um eine Temperaturdifferenz und somit eine zweistufige Be­ triebsweise vorzugeben. Ein Zeitschalter kann vorgesehen sein, um die zu steuernde Temperatur für beide Schalter während der Nachtabsenkung zu verändern. Ebenso kann ein elektronischer Brückenschaltkreis mit einem einzigen temperaturempfindlichen Element verwendet werden, wie dies später anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben wird. Der Thermostat 22 steuert ein Relais 24, das gemäß Fig. 2 den Kompressor der Wärmepumpe 13 an Spannung legt. Der Thermostat 23 steuert ein Relais 25, das die elek­ trische Zusatzheizung 14 an Spannung legt. Diese Thermostate und Relais werden über die Sekundärwicklung eines Transformators 30 mit Spannung versorgt. In bestimmten ausgewählten Zeitperio­ den kann der Motor 21 den Steuerpunkt der Thermostaten 22 und 23 über einen herkömmlichen Verbindungsmechanismus 31 zurück­ stellen.

Gemäß Fig. 1 ist eine auf die Außentemperatur ansprechende Schalteinrichtung in Form eines Thermostaten 32 an die Steuer­ konsole 12 angeschlossen. Der die Außentemperatur erfassende Thermostat 32 schließt seinen Kontakt bei einer vorbestimmten niedrigen Temperatur von beispielsweise 2°C. Eine weitere tempe­ raturabhängige Schalteinrichtung in Form eines Bimetallschalters 33 in dem Thermostaten 11 ist ebenfalls an die Steuerkonsole 12 angeschlossen. Die Schalteinrichtung 33 kann durch einen weite­ ren Ausgang eines elektronischen Brückenschaltkreises vorgegeben sein, wie dies bereits bezüglich der Schalteinrichtungen 22 und 23 erwähnt wurde. Die Thermostatkontakte 32 und 33 sind in Reihe zueinander geschaltet und zu dem Thermostatkontakt 22 gemäß Fig. 2 parallelgeschaltet, um das Relais 24 an Spannung zu legen und somit die Wärmepumpe zu betreiben, wenn die Außentemperatur unter den Wert von 2°C herunterfällt. Der Thermostatkontakt 33 wird bei einer höheren Temperatur von beispielsweise 22°C be­ tätigt und unterbricht den Schaltkreis und somit den Betrieb der Wärmepumpe, falls die Raumtemperatur auf einen abnormal hohen Wert ansteigt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuer­ systems ist in Fig. 4 dargestellt. Ein elektroinscher Brücken­ schaltkreis 40 besitzt ein auf die Raumtemperatur ansprechendes Element 41 und ein einstellbares Element 42 für den Abgleich der Brücke. Der Brückenschaltkreis 40 ist mit seinem Ausgang 43 an einen Steuerverstärker 44 angeschlossen.

Dieser Steuer­ verstärker steuert Relais 22′, 23′ und 32′. Die Relais 22′ und 23′ werden durch ein Spannungsdifferential gesteuert, daß in Fig. 5 durch die Kurven 45 und 50 graphisch veranschaulicht ist. Die Kurve 50 ist gegenüber der Kurve 45 um einen bestimmten Wert verschoben, wobei ein Absenkungs-Zeitgeber 21′ auf einen einstell­ baren Widerstand 50 einwirkt, um eine geänderte Steuertemperatur und kann durch die Absenkungseinstellung des Widerstandes 50 beeinflußt werden. Das Relais 33′ wird mit einer Spannung be­ trieben, die geringfügig unter der Betriebsspannung des Relais 22′ liegt, so daß unabhängig von der Absenkung eine Steuerung der oberen Grenze vorliegt. Der Außenthermostat 32 ist der Wirkung des Relais 33′ überlagert, um einen kontinuierlichen Betrieb der Wärmepumpe bei geringen Außentemperaturen solange vorzugeben, bis die Raumtemperatur eine obere Grenztemperatur überschreitet.

Anhand des vorstehend beschriebenen Aufbaues des Steuersystems ergibt sich folgende Wirkungsweise, wobei auf die graphische Darstellung gemäß Fig. 3 Bezug genommen sei, in der die Wärme in kcal über der Außentemperatur in °C aufgetragen ist. Die Kurve 35 veranschaulicht die Wärmeabgabe der Wärmepumpe im Aus­ tauscher 20, wobei diese Wärmeabgabe abfällt, wenn die Außen­ temperatur abfällt. Dies ist auf den außentemperaturabhängigen Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe zurückzuführen. Die Kurve 40 veranschaulicht die Wärmeanforderung des Raumes 10, für den die Einrichtung gemäß Fig. 1 benutzt wird, um Wärme während der Wintermonate zu liefern. Der Schnittpunkt 41 der Kurve 35 mit der Kurve 40 stellt den Abgleichpunkt des Systems dar, der im vorliegenden Fall bei ungefähr 2°C liegt. Bei irgendeiner Außen­ temperatur unterhalb des Abgleichpunktes und bei einer Absenkung der Raumtemperatur während der Nachtzeit erfordert die Einschal­ tung des Heizsystems am Morgen eine Zusatzheizung durch die teure elektrische Heizung 14. Während dieser Temperaturabsen­ kungs-Zeitperiode ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit er­ wünscht, den Betrieb der Wärmepumpe aufrechtzuerhalten, um den Anteil der Zusatzheizung 14 zu vermindern, der erforderlich ist, um die Temperatur des Raumes zur Tageszeit auf die Normaltempe­ ratur zurückzuführen. Die gestrichelte Linie 42 zwischen den Kurven 40 und 35 stellt die Anforderung der Hilfswärme dar, die erforderlich wäre, um den Raum bei dieser speziellen Außentempe­ ratur in dem Fall aufzuheizen, wo die Wärmepumpe die ganze Zeit über in Betrieb war und eine Wärmemenge entsprechend der ge­ strichelten Linie 43 geliefert hat.

Wenn daher die Außentemperatur unter einen Wert von 2°C herunter­ fällt, so wird der Thermostat 32 geschlossen und hält die Wärme­ pumpe fortwährend während der Absenkungs-Zeitperiode in Betrieb. Wenn die Wärmepumpe eine ausreichende Wärmemenge liefert und die innere Wärme des Gebäudes auf Grund von brennenden Lampen, Kochstellen oder in dem Gebäude vorhandenen Leiten, die normale Tageseinstellung der Temperatur überschreitet, so schaltet der Grenzthermostat 33 die Wärmepumpe ab. Bei einem solchen konti­ nuerlichen Betrieb der Wärmepumpe bei kaltem Wetter mit Tempe­ raturen unterhalb 2°C wird bei der morgendlichen Einschaltung die Wärmeanforderung an die Hilfsheizung auf ein Minimum redu­ ziert und die Leistungsfähigkeit des Heizsystems erhöht. Eine gleiche Betriebsweise wird mit dem Steuersystem gemäß den Fig. 4 und 5 erzielt, mit der Ausnahme, daß das die Raumtemperatur er­ fassende Element 41 durch ein einziges Element vorgegeben ist.

Claims (5)

1. Raumtemperatur-Steuersystem mit einem zeitgesteuerten Raumthermostaten zur Aufrechterhaltung einer Normaltemperatur während ausgewählter Zeitperioden und einer Absenkungstemperatur während anderer ausgewählter Zeitperioden, wobei eine erste Heizstufe mittels einer Wärmepumpe und wenigstens eine zweite Heizstufe in Form einer Hilfsheizung dem Raum Wärme zuführen kann, gekenn­ zeichnet durch eine auf die Außentemperatur ansprechende Einrichtung (32) die die Wärmepumpe unabhängig vom zeitgesteuerten Raumthermostaten (13) während der Absenkungszeit einschaltet, wenn die Außentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere, auf die Raumtemperatur ansprechende Ein­ richtung (33) zur Unterbrechung des Betriebs der Wärmepumpe (13), wenn die Außentemperatur unter dem vorgegebenen Grenzwert liegt und die Raumtemperatur einen bestimmten Wert über­ schreitet.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, mit einem die Wärmepumpe be­ tätigenden Relais, dadurch gekennzeich­ net, daß das Relais (24) über zwei zueinander parallele Stromzweige an eine Versorgungsspannung anschaltbar ist, wobei in dem einen Stromzweig die auf die Außen- und Raum­ temperatur während der Absenkungszeit ansprechenden Einrich­ tungen (32 und 33) und in dem anderen Stromzweig eine auf die Raumtemperatur während einer Belegungszeit ansprechende Einrichtung (22) angeordnet ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hilfsheizung aus einer Elektroheizung (14) besteht.

5. Steuersystem nach Anspruch 4 mit einem die Elektroheizung betätigenden Relais, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Stromkreis des Relais (25) eine von der Raumtemperatur betätigte Einrichtung (23) angeordnet ist.