DE3325721C2 - Einrichtung zur Begrenzung der Rücklauftemperatur bei einer Warmwasser-Heizungsanlage - Google Patents

Einrichtung zur Begrenzung der Rücklauftemperatur bei einer Warmwasser-Heizungsanlage

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Abstract

Bei einer Einrichtung zur Begrenzung der Rücklauftemperatur bei einer Warmwasser-Heizungsanlage gibt es einen Rücklauftemperaturfühler (9), ein Rücklaufventil (7) und Steuermittel (10), die während Freigabeperioden, in denen die Rücklauftemperatur einen Grenzwert bzw. Grenzwertbereich unterschritten hat, Öffnungssignale und in Sperrperioden, in denen die Rücklauftemperatur den Grenzwert bzw. den Grenzwertbereich überschritten hat, Schließsignale an das Rücklaufventil (7) abgeben. Durch die Steuermittel (10) wird während der Sperrperiode das Rücklaufventil (7) abwechselnd geschlossen und geöffnet. Hierdurch wird zu Beginn des Beheizens abgekühlter Räume die Rücklauftemperatur niedrig gehalten. Die Übergangszeit bis zum Erreichen des Normalbetriebs ist verhältnismäßig kurz. Die Mitteltemperatur der Wärmetauscher (4) unterliegt keinen großen Schwankungen.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Begrenzung der Rücklauftemperatur bei einer Warmwasser-Heizungsanlage, mit einem Rücklauftemperaturfühler, einem Rücklaufventil und Steuermitteln, die während Freigabeperioden in denen die Rücklauftemperatur einen Grenzwert bzw. Grenjiwertbereich unterschritten hat Öffnungssignale und in Sperrperioden, in denen die Rücklauftemperatur den Grenzwert bzw. Grenzweribereich überschritten hat, Schließsignale an das Rücklaufventil abgeben,
Bei einer bekannten Begrenzungseinrichtung dieser Art weist das Rücklaufventil als Stellglied einen elektrisch beheizbaren Wärmemotor auf. Die Heizvorrichtung wird über den Schalter eines an der Rücklaufleitung anliegenden, auf einen vorgegebenen Grenzwert eingestellten Thermostaten mit Zwei-Punkt-Verhalten geschaltet sofern diese Reihenschaltung von einem Steuergerät her wirksam gemacht worden ist. Diese Begrenzungseinrichtung ist zusätzlich zu der sonstigen Regelung der Heizungsanlage vorgesehen, die beispielsweise für jeden einzelnen Heizkörper einen Raumthermostaten aufweist Wenn die Wärmetauscher der Heizungsanlage richtig ausgelegt sind, hat die Rücklauf temperatur normalerweise einen Wert, der unterhalb des Grenzwertes liegt so daß das Rücklaufventil offensteht und die Einregelung der gewünschten Komf<->rttemperatur nicht behindert wird.
Wenn aber plötzlich eia großer Wärmebedarf auftritt beispielsweise weil im Winter längere Zeit gelüftet worden ist oder weil die Heizungsanlage vom Nachtabsenkungsbetrieb auf den Normalbetrieb umgeschaltet wird, steigt die Rücklauftemperatur schnell an, so daß das Rücklaufventil schließt Es bleibt so lange geschlossen, bis die Rücklauftemperatur unter den eingestellten Grenzwert gefallen ist Dies dauert sehr lange, weil die Abkühlung das Wasser in der isolierten Rücklaufleitung wesentlich langsamer, typischerweise etwa 3mal langsamer, erfolgt, als die Abkühlung im Wärmetauscher. Wenn das Rücklaufventil beim Erreichen der nächsten Freigabeperiode öffnet fließt zunächst das erheblich stärker abgekühlte Wasser aus den Wärmetauschern ab. Alsdann steigt aber die Rücklauftemperatur sehr rasch erneut an. Das Spiel wiederholt sich mehrfach. Es dauert daher sehr lange, bis, in den Räumen die Komforttemperatur erreicht wird. Außerdem schwanken die Mittelwerte der Wärmetauschertemperaturen ganz erheblich, was ν η den Bewohnern der Räume als unangenehm empfunden wird.
Es ist ferner ein Verfahren zur Steuerung der Mischwassertemperatur bei Mischarmaturen mit zwei Magnetventilen bekannt (DE-OS 26 14 509), bei dem die Soll-Ist-Temperaturdifferenz des Mischwassers in ein binäres Ausgangssignal umgewandelt wird, mit dessen Hilfe die Magnetventile gegensinnig öffnen und schließen. Dieses Ausgangssignal kann ein periodisches Rechtecksignal mit variabler Impulsbreite sein.
Bei Heizungsanlagen ist es gemaii einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag (DE-OS 33 15 881) vorgesehen worden, die Heizungsumwälzpumpe periodisch ein- und auszuschalten, um auch in Zeiten, in denen kein Wärmebedarf besteht die Heizungsanlage wenigstens kurzzeitig durchzuspülen und damit den den Heizungsregler beeinflussenden Fühler auf eine für die Heizungsanlage repräsentative Temperatur zu bringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Begrenzungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es erlaubt den Komfortzustand in wesentlich kürzerer Zeit zu erreichen, ohne dabei eine zu hohe Rücklauftemperatur in Kauf nehmen zu müssen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Steuermittel während der Sperrperiode das Rücklaufventil abwechselnd schließen und öffnen.
Dadurch daß das Rücklaufventil während der Sperrperiode in Abständen geöffnet wird, erreicht man es, daß das in den Wärmetauschern stärker als in der Rücklaufleitung abgekühlte Wasser zum Rücklauftemperaturfühler gelangt War das Wasser bereits so stark abgekühlt, daß der eingestellte Grenzwert unterschritten wird, kann das Rücklaufventil vollständig geöffnet werden, bis soviel Warmwasser nachgeströmt ist daß der Grenzwert wieder überschritten wurde. War die Abkühlung des Wassers im Wärmetauscher noch nicht groß genug, bleibt die Sperrperiode aufrechterhalten und es wird immer nur in bestimmten Zeitabständen Wasser aus den Wärmetauschern zum Rücklauftemperaturfühler geleitet. Das Rücklaufventil arbeitet daher
nicht mehr in Abhängigkeit von der Temperatur des in der Rücklaufleitung stehenden Wassers sondern in Abhängigkeit von der wegen rascherer Abkühlung geringeren Temperatur des die Wärmetauscher verlassenden Wassers. Durch diese Steuerung kann eine schnellere Aufheizung der Räume erfolgen. Auch sind die Schwankungen der Mitteltemperatur des Wärmetauschers gering.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Steuermittel einen Zeitgeber auf, der die Dauer der Schließ- und Öffnungszeiten während der Sperrperiode festlegt Der Zeitgeber kann besonders einfach ausgeführt werden, wenn die abwechselnden Schließ- und Öffnungssignale etwa gleiche Dauer haben.
Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte man die Öffnungszeit so wählen, daß Wasser vom Ausgang der Wärmeaustauscher den Rücklauftemperaturfühler auch erreichen kann. Die Schließzeiten sollten demgegenüber so gewählt sein, daß sich kein ausgeprägter Temperaturunterschied zwischen dem Wasser in der Rück- !aufleitung und dem Wasser arn Ausgang der Wärmetauscher ergibt Aber auch dann, wenn die SchVeß- und Öffnungszeiten des Ventils nicht so genau festgelegt sind, lassen sich im Vergleich zu bekannten Begrenzungseinrichtungen ganz erhebliche Verbesserungen erzielen.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist charakterisiert durch ein normalerweise offenes Rücklaufventil, das bei erregtem Stellmotor in die Sperrstellung gehf, durch einen Rücklauftemperatur-Komparator, dessen die Sperrperiode kennzeichnendes Ausgangssignal den Zeitgeber erregt, der dann im Zeitgebertakt Sperrsignale abgibt, und durch eine elektrische Schaltvorrichtung, die beim Auftreten der Sperrsignale Erregersignale zum Schließen des Rücklaufventils an den Stellmotor abgibt. Das Rücklaufventil steht normalerweise offen. Nur wenn der Grenzwert der Rücklauftemperatur überschritten wird, ist der Zeitgeber so angesteuert, daß er zeitweilig Sperrsignale abgibt. Sinkt die Rücklauftemperatur wieder unter den vorgegebenen Grenzwert, wird der Zeitgeber zurückgestellt und gibt keinerlei Signale ab.
In diesem Zusammenhang ist es auch günstig, eine Nachtabsenkungsschaltung, die während vorgegebener Zeiten ein Sperrsignal abgibt, und ein Verknüpfungsglied vorzusehen, mit dessen Hilfe da^ Sperrsignal der Nachtabsenkungsschaltung die Schaltvorrichtung unabhängig vom Zeitgeber steuert. Auf diese Weise wird mit Hilfe des Rücklaufventils eine gewunschle N'achtabsenkung der gesamten Anlage erreicht.
Hierbei kann ein Raumtemperaturbegrenzer vorgesehen sein, eier das Sperrsignal der Nachtabsenkungsschaltung annuliert, wenn die Raumtemperatur einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Damit wird verhindert, daß bei der Nachtabsenkung die Raumtemperatur einen zu geringen Wert annimmt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Heizungsanlage mit einer erfindungsgemäßen Begrenzungseinrichtung,
F i g. 2 ein Schaltbild der Steuermittel und
F i g. 3 in einem Diagramm den Verlauf der Rücklauftemperaturen und der Betätigung des Rücklaufventils.
In Fig. 1 ist eine Heizungsanlage 1 veranschaulicht, die zwischen einer Vorlaufleitung 2 und einer Rücklaufleitung 3 Wärmetauscher 4 aufweist, die je mittels eines von der Raumterrperatur abhängigen Thermostatventils 5 geregelt werden. Die Heizungsanlage 1 kann an ein Fernheizungsnetz 6 angeschlossen sein.
In der Rücklaufleitung befindet sich ein Rücklaufventil 7, das durch einen Stellmotor 8, insbesondere einen elektrisch beheizten Wärmemotor, gebildet sein kann. Ferner ist an die Rücklaufleitung 3 ein Rücklauftemperaturfühler 9 angelegt Ein Steuergerät 10 weist eine Nachtabsenkungsschaltung 11 auf, mit deren Hilfe Perioden geringerer Wärmeabgabe (Nachtabsenkung)
ίο einstellbar sind, beispielsweise dadurch, daß die Warmwasserzufuhr mit Hilfe des Rücklaufventils 7 vollständig unterbrochen wird, daß die Vorlaufternperatur in der Heizungsanlge 1 mit Hiife einer üblichen Mischschleife herabgesetzt wird oder daß die Thermostatventile 5 zusätzlich elektrisch beheizt werden. Das Steuergerät 10 ist über eine Steuerleitung 12 mit dem Stellmotor 8 und über eine Signalleitung 13 mit dem Fühler 9 verbunden. Im Steuergerät Ϊ0 können noch weitere Einflußgrößen verarbeitet werden, beispielsweise die von einem Fühler 14 gemessene Außentemperatur Ta -.'!id/oder die von einem Fühler 15 gemessene Temperatur 77 eines bevorzugten Raumes.
Das Steuergerät 10 umfaßt bei der Ausführungsform der F i g. 2 eine elektrische Schaltvorrichtung 16, die in Reihe mit der Heizwicklung 17 des Stellmotors 8 an einer Spannung U liegt. Die Schaltvorrichtung kann ein Relais, ein Transistor, ein Thyristor oder irgendeine andere bekannte Schaltvorrichtung sein, die von einem Steuersignal S ansteuerbar ist. Das Rücklaufventil 7 ist so ausgelegt, daß es normalerweise offensteht und nur dann, wenn der Stellmotor 8 an Spannung gelegt wird, schließt
Ein Rücklauftemperatur-Komparator K empfängt den Ist-Wert der Rücklauftemperatur 7> über die Leitung 13 vom Fühler 9. Der andere Eingang 18 ist mit einem Wandler 19 verbunden, der von dem Fühler 14 für die Außentemperatur Ta ein Signal empfängt und in Abhängigkeit davon den oberen Temperatu-grenxwert T0 und den unteren Temperaturgrenzwert t„ festlegt.
Der Komparator K gibt ein Ausgangssignal V ab, das bein: Überschreiten des oberen Grenzwert T0 eine Sperrperiode Ps und beim Unterschreiten des unteren Grenzwert T1, eine Freigabeperiode fy kennzeichnet Im Freigabefall bleibt der Zeitgeber Z nicht erregt Im Sperrfall wird der Zeitgeber Z erregt, so daß er über seine Ausgangsleitung in vorgegebenen Takt Sperrsignal 5 1 an den einen Eingang eines Verknüpfungsgliedes A abgibt. Dem anderen Eingang eines Verknüpfungsgliedes A wird ein Sperrsignal 52 immer dann zugeführt, wenn der Schalter 20 in der Nachtabsenkungsschaltung 11 geschlossen worden ist. Dieses Sperrsignal kann jedoch durch den Raumtemperaturbegrenze'· 15 annulliert werden, wenn die Raumtemperatur unter einen vorgegebenen Wert sinkt und dadurch der Schalter 21 geschlossen wird.
Die Verknüpfungsschaltung A läßt das jeweils anstehende Sperrsignal Sl bzw. 52 hindurch, so daß das Steuersignal 5 die Schaltvorrichtung 16 beim Vorhandensein eines dieser operrsignale betätigt und das Ventil schließt. In diesem Fall ist angenommen, daß das Ausgangssignal V des Komparators K in der Sperrpsriode den Wert 1 annimmt und daß auch die bellen Sperrsignale 51 und 5 2 je den Wert 1 haben.
Im Normalbetrieb wird das Rücklaufventil 7 so betätigt, wie es in der Kurv; B in F i g. 3 veranschaulicht ist. In den Freigabeperioden Pf ist das Ventil 7 geöffnet, in den Sperrperioden Ps wird es abwechselnd geschlossen und geöffnet. Beim Auftreten der Nachtabsenkung kann
das Rücklaufventil 7 dauernd geschlossen gehalten werden, bis die Raumtemperatur unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist.
Wenn die zu beheizenden Räume nach einer Abkühlung wieder auf die normale Temperatur gebracht wer- den sollen, beispielsweise nach Beendigung der Nachtabsenkung, und durch öffnen der Ventile warmes Wasser die Wärmetauscher 4 rasch durchströmt, steigt die Rücklauftemperatur von dem vorangehenden Ausgangswert gemäß dem Kurvenast I an. Sobald der \o Grenzwert T0 im Zeitpunkt t\ überschritten wird, sperrt das Rücklaufventil 7 mit einer systembedingten Verzögerungszeit K. Diese ist bei einem Motorventil verhältnismäßig groß, wäre aber bei einem Magnetventil praktisch Null. Würde dieses Ventil dauernd geschlossen bleiben, würde die Rücklauftemperatur in der isolierien Rücklaufleitung am Fühler 9 entsprechend der Kurve C und am Ausgang der Wärmetauscher entsprechend der Kurve D, also rascher, abnehmen. Das bedeutet, daß im bekannten Fall, wo das Rücklaufventil 7 allein von einem Rücklaufthermostaten gesteuert wird, der das Ende der Sperrperiode Fs bestimmende Zeitpunkt /2 erst nach sehr langer Zeit erreicht wird, obwohl das Wasser in den Wärmetauschern schon viel früher eine ausreichend niedrige Rücklauf temperatur erreicht hatte.
Wird dagegen gemäß der Erfindung das Rücklaufventil 7 auch in der Sperrperiode abwechselnd geöffnet und geschlossen, so ergibt sich der Kurvenzug E in F i g. 3. Im Anschluß an den Kurvenast I folgt ein Abschnitt II, der der Kurve Cei.'spricht. Da anschließend das Ventil 7 wieder öffnet, folgt ein Anstieg der Rücklauftemperatur entsprechend dem Abschnitt III. Dem erneuten Schließen des Rücklaufventils 7 entspricht der Kurvenabschnitt IV. Sobald das Ventil wieder geöffnet ist, sinkt die Temperatur entsprechend dem Abschnitt V, da im Wärmetauscher bereits eine stärkere Abkühlung statt-
_*»r.._~i.»_ 1 » κι u λ~ α ι ι :*» \/ι _* :
gLiunubii Hau i-vai.ii viGiii /-VLrSLiIiIiIt τι ciwaa gcimgcic Abkühlung erfolgt wieder eine stärkere Temperaturabsenkung im Abschnitt VII. Bei geschlossenem Ventil folgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abschnitt VIII, der zum Zeitpunkt fc den unteren Grenzwert Tu schneidet. Die Sperrperiode Ps ist daher vergleichsweise kurz. Die Schwankung der Mitteltemperatur der Wärmetauscher 4 ist gering.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug die Schließzeit u des Ventils 7 jeweils etwa 5 bis 10 Minuten und die Öffnungszeit tb ebenfalls etwa 5 bis 10 Minuten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
60

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Begrenzung der Rücklauftemperatur bei einer Warmwasser-Heizungsanlage, mit einem Rücklauftemperaturfühler, einem Rücklauf-Ventil und Steuermitteln, die während Freigabeperioden, in denen die Rücklauftemperatur einen Grenzwert bzw. Grenzwertbereich unterschritten hat, Öffnungssignale und in Sperrperioden, in denen die Rücklauftemperatur den Grenzwert bzw. Grenzwertbereich überschritten hat, Schließsignale an das Rücklaufventil abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) während der Sperrperiode (Ps) das Rücklaufventil (7) abwechselnd schließen und öffnen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel (10) einen Zeitgeber (Z) aufweisen, der die Dauer der Schließ- und Öffnungszeiten während der Sperrperiode (Ps) festlegt
3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abwechselnden Schließ- und Öffnungszeiten etwa gleiche Dauer haben.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein normalerweise offenes Rücklaufventil (7), das bei errfgtem Stellmotor (8) in die Sperrstellung geht, durch einen Rücklauftemperatur-Komparator (K), dessen die Sperrperiode kennzeichnendes Ausgangssignal den Zeitgeber (Z) erregt, der dann im Zeitgebertakt Sperrsignale abgibt, und d./ch eine elektrische Schaltvorrichtung (16), die beim Auftreten der Soerrsignale Erregersignale zum Schließen des Rücklaufventils an den Stellmotor abgibt
5. Einrichtung nach Anspruchs gekennzeichnet durch eine Nachtabsenkungsschaltung (11), die während vorgegebener Zeiten ein Sperrsignal abgibt, und durch ein Verknüpfungsglied (A), mit dessen Hilfe das Sperrsignal der Nachtabsenkungsschaltung die Schaltvorrichtung (16) unabhängig vom Zeitgeber (^steuert
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Raumtemperaturbegrenzer (15) vorgesehen ist, der das Sperrsignai der Nachtabsenkungsschaltung (11) annulliert wenn die Raumtemperatur einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
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