DE3101384C2 - - Google Patents
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
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- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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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.
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