EP1116921A2 - Raumklimatisierungssystem für Gebäude - Google Patents

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EP1116921A2
EP1116921A2 EP01100628A EP01100628A EP1116921A2 EP 1116921 A2 EP1116921 A2 EP 1116921A2 EP 01100628 A EP01100628 A EP 01100628A EP 01100628 A EP01100628 A EP 01100628A EP 1116921 A2 EP1116921 A2 EP 1116921A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
medium
valves
conditioning system
room air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01100628A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1116921A3 (de
Inventor
Ralf Montino
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Elmos Semiconductor SE
Original Assignee
Elmos Semiconductor SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elmos Semiconductor SE filed Critical Elmos Semiconductor SE
Publication of EP1116921A2 publication Critical patent/EP1116921A2/de
Publication of EP1116921A3 publication Critical patent/EP1116921A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
    • F24F3/06—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems characterised by the arrangements for the supply of heat-exchange fluid for the subsequent treatment of primary air in the room units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F11/00—Control or safety arrangements
    • F24F11/70—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof
    • F24F11/72—Control systems characterised by their outputs; Constructional details thereof for controlling the supply of treated air, e.g. its pressure

Definitions

  • the invention relates to a room air conditioning system for buildings, wherein it this air conditioning system is a central heating system or a central cooling system can act, for example, as a cooling ceiling system is realized.
  • Every radiator is controlled with a locally regulated one Thermostats equipped. This is used to control the temperature of each To keep space constant. At the same time have heating systems via a central control, both the flow temperature and the Pump. This central regulation generally also represents a change the temperature profile over time ready to the room temperatures adapt to the requirements of the room users.
  • the invention has for its object a room air conditioning system for buildings with a central setpoint for each Valve is possible without the need for additional lines for communication with the valves are required.
  • the heat or cold is transported Medium also for the transmission of information to the local valves or valve control units and in a preferred embodiment of the invention also for the energy supply of these local valve units used.
  • Communication with each valve is possible from a central office be either selective or broadcast with everyone Valves at the same time and together. The possibility of selective individual communication sets certain signal loads on the side of the valves processing units ahead, which will be discussed later.
  • each pressure sensor is a hydraulic actuator, which is a function of the pressure of the medium has adjustable sensor element, which with the actuator is mechanically coupled to adjust the valve.
  • the actuator itself is mechanically coupled to the valve. Is it the Valves around the commercially available thermostatic control valves, so that can Actuate actuator on the valve tappet or sensor pin, which ultimately also the manually adjustable regulating head of the thermostatic attachment acts. So you could, for example, depend on that between yourself adjustment element of the regulating head that changes from the room temperature and the feeler pin an eccentric disc or another the distance between integrating these two elements changing unit that is controlled by the pressure of the medium.
  • the pressure sensors are either directly or indirectly from the medium pressurized. In the latter case, the pressure sensors are in Contact with components of the valve, which in turn the pressure of the medium are exposed. For example, media printing through which the flow of the heat exchanger (e.g. radiator) influencing the valve body of the Valve are detected.
  • the heat exchanger e.g. radiator
  • the extendable sensor element depending on the pressure of the medium expediently takes depending on which pressure ranges the media print is in defined states. This can be achieved by appropriate biasing of the sensor element. With these prestresses, one could, for example, achieve that Sensor element with a system pressure up to 1.5 bar a first position and assumes a second position at a system pressure between 1.5 and 2.0 bar.
  • the quantization can also be carried out in a finer and more diverse manner become, i.e. more than two pressure ranges can also be defined, in which the sensor element then correspondingly many different positions occupies.
  • valves Due to the type of control of the valves described above the actuators acting on the valve body make it possible to control the valves centrally to be set differently for day and night operation. So could a different system pressure during the day, for example build up than during the night. These pressure differences are either by operating the feed pump of the system differently or by achieved a pressure reducing device operating in different operating conditions is working.
  • each in a room air conditioning system To be able to control the valve separately, including commands, of course can be sent that affect all valves (broadcast mode).
  • the individual control of the valves requires that the time variable pressure build-up and thus the temporal pressure fluctuations of the Medium is "recognized" by the individual control units, so that one Control unit to which a specific pressure fluctuation pattern is assigned, when this pressure fluctuation pattern is recognized, then using the following Pressure fluctuations adjust themselves accordingly. So it has to a defined protocol exists, via which commands are then sent to the local control units are transmitted. This protocol defines the temporal variation of sound propagation through the system, which is preferred should be very low frequency so as not to cause acoustic interference is coming. The pattern of sound propagation, i.e.
  • the pattern of pressure fluctuations in the medium includes a defined beginning and a defined one End, whereby after the beginning a first sequence of pressure fluctuations that contains the necessary address information.
  • An address recognition device is assigned to each control unit an address comparison based on the signals implemented by the pressure sensor makes. Another follows the address pressure fluctuation sequence Sequence of pressure fluctuations, that of the actuation of that actuator serves that is specified by the address.
  • individual valves, groups of valves or all valves be addressed. Communication between the control center and the valves is done according to the same protocol rules as with other bus-controlled Systems, with the difference that according to the invention for the Control of air conditioning systems for communication Heat or cold transport system is used.
  • FIG. 1 shows part of a central heating system 10 with a heating boiler 12 and a pipeline consisting of a flow pipe string 14 and a return pipe string 16. From the feed pipe string 14 At 18, the leads to the individual branches in this case as radiators 20 shown heat exchangers, with between the branch points 18 and the radiators 20 control units 22 are connected. In the direction of flow behind the radiators 20, these are with the return pipe string 16 connected, which is indicated at 24.
  • the central heating system 10 has a media pressure setting device 26 provided with which the pressure of the heat medium, which in the simplest case is water, is adjustable.
  • the Media pressure setting device 26 is, for example, as a pressure reducing device 28 realized, which is adjustable and controlled via an actuator 30 becomes.
  • This actuator 30 is in turn from a central Control unit 32 controlled.
  • the control is time-dependent, so that for example, during the day the media print in a first Printing area is at one, while media printing at night is set in a second pressure range.
  • control units 22 to the different operating pressure of the Can react medium, they are designed, for example, according to FIG. 2.
  • These control units 22 are basically the same as commercially available Thermostatic control valves 34 built, but not only by the adjustable by turning the handwheel cap 36 of the regulating head 38
  • Thermostatic tappet 40 on the connected to the valve body 42
  • Valve tappet 44 of the lower valve part 46 is acted, but additionally there is also the possibility that this valve tappet 44 is also dependent can be moved by the media print.
  • the control unit 22 supplemented by a pressure sensor 48, which is exposed to the medium Has sensor element 50.
  • This sensor element 50 is by a spring biased to a certain minimum pressure, so it just moves when this minimum pressure is exceeded.
  • Fig. 3 shows the structure of a central heating 10 'compared to the central heating 10 is more comfortable than the piping of the radiators 20 from the central control unit 32 selectively with each one Control unit 22 ', individual groups of control units 22' or all Control units 22 'can be communicated simultaneously.
  • the basic structure of the central heating system 10 ' is comparable to that of the central heating 10, but the nature of the change in Pressure of the medium is different.
  • the central control unit 32 namely controls the actuator 30 for the pressure generating element 60 Media pressure generating device 26 according to a predetermined protocol on, so that, even if low-frequency, pressure fluctuations are impressed be different for the transmission of different information show temporal patterns.
  • address identification data are first transmitted to a or to be able to select several specific control units 22 '. In one of them Subsequent phase of the pressure fluctuation sequence are then setting data sent to the selected control units 22 '.
  • the encryption the address data and the setting data are thus made by stamping the pressure fluctuations, either by temporal or Amplitude modulation.
  • FIG. 4 A control unit 22 'which can be used in the central heating system 10' is shown in FIG Fig. 4 is shown schematically.
  • the mechanical structure of the thermostatic control valve 34 is except for the fact that on the valve lifter 44th is acted on electromechanically, same as the structure of the thermostatic control valve 34 of FIG. 2. In this respect, the same reference symbols are used in FIG. 4 been used.
  • the pressure sensor 62 used in the control valve unit 22 works as hydroelectric converter that converts the pressure of the medium into an electrical one Converts signal.
  • the pressure sensor 62 can be a Have sensor element 64 exposed to medium pressure to generate electrical energy or an electrical signal mechanically on a piezo element 66 acts. If the sensor element 64 becomes pressure fluctuations over time exposed, they are reflected in that of the piezo element 66 generated electrical signal again.
  • the piezo element 66 is a Line 68 connected to a converter 70, the output signal of the Piezo element 66 in a signal for feeding a power supply source 72 implements.
  • the converter 70 and the power supply source 72 connected to one another via a line 74.
  • a part of Energy of the electrical signal of the piezo element 66 is in an address recognition device 76 used to recognize the address data, which in the first part of a sequence of pressure fluctuations are transmitted via the medium and thus also in the first part of the electrical signal of the piezo element 66 appear.
  • a control unit 78 which is an actuator 80 controls.
  • This actuator 80 is an electromechanical actuator executed and can include, for example, an actuator, the with one arranged between the thermostatic tappet 40 and the valve tappet 44 Cam is coupled to twist the same.
  • Thermostatic valve is described for example in DE-C-31 53 654.
  • control unit 22 ' also for the power supply of the address recognition device 76, the control unit 78 and the actuator 80 required Energy is also transmitted via the medium, namely the Pressure fluctuations not only for the detection of address and setting data, but is also used for energy production.
  • An alternative about this energy supply system is, for example, that the control units 22 'have batteries.
  • Peltier elements for the power supply, the temperature difference exploit the medium to the environment for power generation.

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Abstract

Das Raumklimatisierungssystem für Gebäude ist versehen mit einer Temperiervorrichtung (12) zum Erwärmen und/oder Abkühlen eines Wärme-und/oder Kältetransportmediums, mehreren, die Wärme des Mediums an die Umgebung abgebenden und/oder die Wärme der Umgebung in das Medium aufnehmenden Wärmetauschern (20), Rohrleitungen (14,16), über die die Wärmetauscher (20) und die Temperiervorrichtung (12) zum Transport des Mediums miteinander verbunden sind, und den Wärmetauschern (20) zugeordnete Ventile (22,22') zum Einstellen der die Wärmetauscher (20) durchströmenden Mengen an Medium. Ferner ist das Raumklimatisierungssystem gekennzeichnet durch eine Mediendruck-Einstellvorrichtung (26) zum Verändern des Druckes des Mediums, den Ventilen (22,22') zugeordnete Drucksensoren (48,62) zur Erfassung des Druckes des Mediums und Stellgliedern (54,80) für die Ventile (22,22') zum Verstellen der Ventile (22,22'), wobei die Ventile (22,22') von den Stellgliedern (54,80) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Drucksensoren (48,62) einstellbar sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Raumklimatisierungssystem für Gebäude, wobei es sich bei diesem Klimatisierungssystem um ein Zentralheizungssystem oder ein Zentralkühlungssystem handeln kann, das beispielsweise als Kühldeckensystem realisiert ist.
In Zentralheizungssystemen wird jeder Heizkörper mit einem lokal geregelten Thermostaten ausgerüstet. Dieser dient dazu, die Temperatur des jeweiligen Raumes konstant zu halten. Gleichzeitig verfügen Heizungsanlagen über eine zentrale Regelung, sowohl der Vorlauftemperatur als auch der Pumpe. Diese zentrale Regelung stellt im allgemeinen auch eine Veränderung des Temperaturprofils über die Zeit bereit, um die Raumtemperaturen an die Anforderungen der Raumnutzer anzupassen.
Diese Mischung von lokaler und zentraler Regelung führt zu Verlusten an Komfort und Heizenergie. So funktioniert beispielsweise die übliche Absenkung der Raumtemperatur während der Nacht nur dann in gewünschter Weise, wenn die Solltemperatur auch an allen Heizkörperthermostaten heruntergeregelt wird.
Wünschenswert ist die Möglichkeit einer zentralen Sollwertvorgabe für jeden Regler. Diese sollte lokal beeinflussbar sein. Entsprechende Lösungen sind im Handel erhältlich. Diese Lösungen setzen allerdings eine Verkabelung zu jedem Heizkörper voraus. Diese Voraussetzung macht derartige Lösungen sehr teuer. Für die Nachrüstung bereits bestehender Installationen kommt eine zusätzliche Verkabelung nur in Ausnahmefällen in Frage. Im privaten Bereich spielen diese Lösungen aus Kostengründen keine Rolle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raumklimatisierungssystem für Gebäude zu schaffen, mit dem eine zentrale Sollwertvorgabe für jedes Ventil möglich ist, ohne dass dafür zusätzliche Leitungen für die Kommunikation mit den Ventilen erforderlich sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Raumklimatisierungssystem für Gebäude vorgeschlagen, das versehen ist mit
  • einer Temperiervorrichtung zum Erwärmen und/oder Abkühlen eines Wärme- und/oder Kältetransportmediums,
  • mehreren, die Wärme des Mediums an die Umgebung abgebenden und/oder die Wärme der Umgebung in das Medium aufnehmenden Wärmetauschern,
  • Rohrleitungen über die die Wärmetauscher und die Temperiervorrichtung zum Transport des Mediums miteinander verbunden sind, und
  • den Wärmetauschern zugeordnete Ventile zum Einstellen der die Wärmetauscher durchströmenden Mengen an Medium,
Dieses Raumklimatisierungssystem weist erfindungsgemäß ferner auf:
  • eine Mediendruck-Einstellvorrichtung zum Verändern des Druckes des Mediums,
  • den Ventilen zugeordnete Drucksensoren zur Erfassung des Druckes des Mediums und
  • Stellgliedern für die Ventile zum Verstellen der Ventile,
  • wobei die Ventile von den Stellgliedern in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Drucksensoren einstellbar sind.
Erfindungsgemäß wird also das die Wärme bzw. die Kälte transportierende Medium auch für die Übermittlung der Information an die lokalen Ventile bzw. Ventilregeleinheiten und in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich auch für die Energieversorgung dieser lokalen Ventileinheiten verwendet. Von einer Zentrale aus kann mit jedem Ventil kommuniziert werden, und zwar entweder selektiv oder im Broadcast-Betrieb mit allen Ventilen gleichzeitig und gemeinsam. Die Möglichkeit der selektiven Einzelkommunikation setzt auf der Seite der Ventile bestimmte Signalbe- und -verarbeitungseinheiten voraus, auf die später eingegangen werden wird.
Nach der Erfindung wird also vorgeschlagen, ein Verfahren zum Betreiben eines Raumklimatisierungssystems mit mehreren von einem Wärme-und/oder Kältetransportmedium durchströmbaren Wärmetauschern zum Abgeben der Wärme des Mediums an die Umwelt und/oder zum Aufnehmen von Wärme aus der Umgebung in das Medium, wobei der Grat der Durchströmung der Wärmetauscher durch diesen zugeordnete Ventile eingestellt wird, in der Weise zu betreiben,
  • dass zum Verstellen der Ventile der Druck des Mediums verändert wird,
  • dass für jedes Ventil dezentral der Druck des Mediums detektiert wird und
  • dass in Abhängigkeit von dem detektierten Druck des Mediums über den Ventilen zugeordnete Stellglieder die Ventile eingestellt werden.
In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Drucksensor als hydraulisches Stellglied ausgebildet, das also ein in Abhängigkeit des Drucks des Mediums verstellbares Sensorelement aufweist, das mit dem Stellglied zum Einstellen des Ventils mechanisch gekoppelt ist. Das Stellglied selbst ist mit dem Ventil ebenfalls mechanisch gekoppelt. Handelt es sich bei den Ventilen um die handelsüblichen Thermostat-Regelventile, so kann das Stellglied auf den Ventilstößel bzw. Fühlerstift einwirken, auf den letztendlich auch der manuell einstellbare Regulierkopf des Thermostat-Aufsatzes einwirkt. So könnte man beispielsweise zwischen das sich in Abhängigkeit von der Raumtemperatur verändernde Einstellelement des Regulierkopfes und den Fühlerstift eine Exzenterscheibe oder eine andere den Abstand zwischen diesen beiden Elementen verändernde Baueinheit integrieren, die über den Druck des Mediums gesteuert wird. So besteht neben der Exzenterscheibe eine andere Möglichkeit der Realisierung beispielsweise darin, zwischen dem Fühlerstift bzw. dem Ventilstößel des Regelventil-Unterteils und dem Thermostat-Aufsatz einen hydraulisch betreibbaren Faltenbalg anzuordnen, der mit einem Hydraulikmedium gefüllt ist, welches in Abhängigkeit von dem Druck des Mediums über das Sensorelement des Drucksensors in den Faltenbalg hinein verdrängt wird.
Die Drucksensoren werden von dem Medium entweder direkt oder indirekt druckbeaufschlagt. Im letztgenannten Fall stehen die Drucksensoren in Kontakt mit Bauteilen des Ventils, die ihrerseits dem Druck des Mediums ausgesetzt sind. So könnte der Mediendruck z.B. über den die Durchströmung des Wärmetauschers (z.B. Radiator) beeinflussenden Ventilkörper des Ventils erfasst werden.
Das in Abhängigkeit des Druckes des Mediums ausfahrbare Sensorelement nimmt zweckmäßigerweise in Abhängigkeit davon, in welchen Druckbereichen sich der Mediendruck befindet, definierte Zustände an. Dies kann durch entsprechende Vorspannungen des Sensorelements erzielt werden. Durch diese Vorspannungen könnte man beispielsweise erreichen, dass das Sensorelement bei einem Systemdruck bis 1,5 bar eine erste Position und bei einem Systemdruck zwischen 1,5 und 2,0 bar eine zweite Position einnimmt. Die Quantisierung kann auch feiner und vielfältiger vorgenommen werden, d.h. es können auch mehr als zwei Druckbereiche definiert werden, in denen das Sensorelement dann entsprechend viele unterschiedliche Positionen einnimmt.
Durch die vorstehend beschriebene Art der Steuerung der Ventile über auf die Ventilkörper einwirkende Stellglieder ist es möglich, die Ventile zentral für den Tages- und den Nachtbetrieb unterschiedlich einzustellen. So könnte man beispielsweise während der Tagesstunden einen anderen Systemdruck aufbauen als während der Nacht. Diese Druckunterschiede werden entweder durch unterschiedliches Betreiben der Förderpumpe des Systems oder durch eine Druckminderungsvorrichtung erzielt, die in unterschiedlichen Betriebszuständen arbeitet.
Der Vorteil der vorstehend beschriebenen Alternativen des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass dezentrale Stromversorgungen, also Stromversorgungen an den Ventilen und den Wärmetauschern, nicht erforderlich sind. Allerdings können auch sämtliche Ventile lediglich gemeinsam und nicht einzeln angesteuert und angesprochen werden.
Wünschenswert ist es ferner, bei einem Raumklimatisierungssystem jedes Ventil separat ansteuern zu können, wobei selbstverständlich auch Befehle ausgesendet werden können, die sämtliche Ventile betreffen (Broadcast-Betrieb). Die Einzelansteuerung der Ventile setzt voraus, dass der zeitlich variable Druckaufbau und damit die zeitlichen Druckschwankungen des Mediums von den einzelnen Regeleinheiten "erkannt" wird, so dass diejenige Regeleinheit, der ein bestimmtes Druckschwankungsmuster zugeordnet ist, bei Erkennung dieses Druckschwankungsmusters dann anhand nachfolgender Druckschwankungen sich diesen entsprechend einstellt. Es muss also ein festgelegtes Protokoll existieren, über das dann Kommandos an die lokalen Regeleinheiten übertragen werden. Dieses Protokoll definiert die zeitliche Variation der Schallausbreitung durch das System, die vorzugsweise sehr niederfrequent sein sollte, damit es nicht zu akustischen Störungen kommt. Das Muster der Schallausbreitung, d.h. das Muster der Druckschwankungen im Medium, umfasst einen definierten Anfang und ein definiertes Ende, wobei nach dem Anfang zunächst eine erste Druckschwankungsfolge sich anschließt, die die nötige Adressinformation beinhaltet. Jeder Regeleinheit ist eine Adresserkennungsvorrichtung zugeordnet, die anhand der von dem Drucksensor umgesetzten Signale einen Adressvergleich macht. An die Adress-Druckschwankungsfolge schließt sich eine weitere Druckschwankungsfolge an, die der Ansteuerung desjenigen Stellgliedes dient, das durch die Adresse spezifiziert ist. Je nach Betriebsart können auf diese Weise einzelne Ventile, Gruppen von Ventilen oder sämtliche Ventile angesprochen werden. Die Kommunikation der Zentrale mit den Ventilen erfolgt also nach den gleichen Protokollregeln wie bei anderen busgesteuerten Systemen, mit dem Unterschied, dass erfindungsgemäß für die Steuerung von Raumklimatisierungssystemen für die Kommunikation das Wärme- bzw. Kältetransportsystem eingesetzt wird.
Auf die oben beschriebene Art und Weise ist zunächst einmal eine unidirektionale Kommunikation mit der Zentrale mit den einzelnen Regeleinheiten möglich. Es ist aber auch möglich, dass die Regeleinheiten selbst mit Druckaktuatoren ausgestattet werden, die ihrerseits nun das Medium mit Druckschwankungen beaufschlagen. Somit kann es also dann auch zu Meldungen der Regeleinheiten zur Zentrale kommen. Dies ist beispielsweise sinnvoll, um Verbrauchswerte der einzelnen den Regeleinheiten zugeordneten Wärmetauscher an eine Zentrale zu übertragen, wodurch das bisher übliche manuelle Ablesen der Verbrauchswerte entfallen kann. Diese Gesamtverbrauchswerte pro Wärmetauscher könnten aber auch bei einer unidirektionalen Kommunikation der Zentrale mit den einzelnen Regeleinheiten dadurch gewonnen werden, dass die für den Gesamtverbrauch wesentlichen Betriebsparameter, wie beispielsweise Mediumtemperatur, Mediumdruck, Einstellung der einzelnen Regeleinheiten und Dauer dieser Einstellungen, protokolliert werden, um unter Zuhilfenahme zusätzlicher Parameter, wie beispielsweise Größe der Wärmetauscher etc., pro Wärmetauscher den Gesamtverbrauch auch pro Zeiteinheit, beispielsweise den Jahresenergieverbrauch, zu errechnen.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1
den Gesamtaufbau eines Zentralheizungssystems als Beispiel für ein Raumklimatisierungssystem, wobei dieses Zentralheizungssystem über eine Zentrale gemeinsame Sollwertvorgabe für die Ventile sämtlicher Heizkörper verfügt,
Fig. 2
eine detaillierte Darstellung einer Thermostat-Regeleinheit, wie sie beispielsweise in dem Heizkörpersystem gemäß Fig. 1 Verwendung finden kann,
Fig. 3
den grundsätzlichen Aufbau eines Zentralheizungssystems mit für jede Heizkörper einzeln vorgebbarer Sollwertvorgabe und
Fig. 4
den Aufbau und die Steuerung für eine Thermostat-Regeleinheit, wie sie bei den Heizkörpern des Systems gemäß Fig. 3 Verwendung finden kann.
Fig. 1 zeigt einen Teil eines Zentralheizungssystems 10 mit einem Heizungskessel 12 und einer Verrohrung, die aus einem Vorlaufrohrstrang 14 und einem Rücklaufrohrstrang 16 besteht. Von dem Vorlaufrohrstrang 14 zweigen bei 18 die Zuleitungen zu den einzelnen in diesem Fall als Radiatoren 20 dargestellten Wärmetauschern ab, wobei zwischen den Abzweigungspunkten 18 und den Radiatoren 20 Regeleinheiten 22 geschaltet sind. In Strömungsrichtung hinter den Radiatoren 20 sind diese mit dem Rücklaufrohrstrang 16 verbunden, was bei 24 angedeutet ist.
Das Zentralheizungssystem 10 gemäß Fig. 1 ist mit einer Mediendruck-Einstellvorrichtung 26 versehen, mit der sich der Druck des Wärmemediums, bei dem es sich im einfachsten Fall um Wasser handelt, einstellbar ist. Die Mediendruck-Einstellvorrichtung 26 ist beispielsweise als Druckmindervorrichtung 28 realisiert, die einstellbar ist und über ein Stellglied 30 angesteuert wird. Dieses Stellglied 30 wiederum wird von einer zentralen Steuereinheit 32 angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt zeitabhängig, so dass beispielsweise während der Tageszeiten der Mediendruck in einem ersten Druckbereich liegt, während der Mediendruck in den Nachtstunden auf einen in einem zweiten Druckbereich liegenden Wert eingestellt ist.
Damit die Regeleinheiten 22 auf den unterschiedlichen Betriebsdruck des Mediums reagieren können, sind sie beispielsweise entsprechend Fig. 2 ausgestaltet. Diese Regeleinheiten 22 sind grundsätzlich wie handelsüblichen Thermostat-Regelventile 34 aufgebaut, bei denen jedoch nicht nur durch den durch Verdrehen der Handradkappe 36 des Regulierkopfes 38 verstellbaren Thermostatstößel 40 auf den mit dem Ventilkörper 42 verbundenen Ventilstößel 44 des Ventilunterteils 46 eingewirkt wird, sondern zusätzlich auch die Möglichkeit besteht, dass dieser Ventilstößel 44 auch in Abhängigkeit von dem Mediendruck verfahrbar ist. Zu diesem Zweck ist die Regeleinheit 22 um einen Drucksensor 48 ergänzt, der ein dem Medium ausgesetztes Sensorelement 50 aufweist. Dieses Sensorelement 50 ist durch eine Feder auf einen bestimmten Mindestdruck vorgespannt, verfährt also nur dann, wenn dieser Mindestdruck überschritten wird. Ist dies der Fall, so rückt das Sensorelement 50 aus und verdrängt dabei in einer Hydraulikleitung 52 Hydraulikflüssigkeit in einen Faltenbalg 54, der zwischen dem Thermostatstößel 40 und dem Ventilstößel 44 angeordnet ist. Auf diese Weise wird also in Abhängigkeit von dem Druck des Mediums auf den Ventilstößel 44 und damit auf den Ventilkörper 46 eingewirkt, so dass der Durchsatz an Medium durch die Ventileinheit 22 und damit die Durchströmung des dieser Regeleinheit 22 zugeordneten Radiators 20 beeinflusst.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Zentralheizung 10', die gegenüber der Zentralheizung 10 insoweit komfortabler ist, als über die Verrohrung der Radiatoren 20 von der zentralen Steuereinheit 32 aus selektiv mit jeder einzelnen Regeleinheit 22', einzelnen Gruppen von Regeleinheiten 22' oder sämtlichen Regeleinheiten 22' gleichzeitig kommuniziert werden kann. Der grundsätzliche Aufbau der Zentralheizungsanlage 10' ist vergleichbar mit dem der Zentralheizung 10, wobei jedoch die Art der Veränderung des Drucks des Mediums unterschiedlich ist. Die zentrale Steuereinheit 32 steuert nämlich das Stellglied 30 für das Druckerzeugungselement 60 der Mediendruckerzeugungsvorrichtung 26 nach einem zuvor festgelegten Protokoll an, so dass, wenn auch niederfrequente, Druckschwankungen aufgeprägt werden, die zur Übertragung unterschiedliche Information unterschiedliche zeitliche Muster aufweisen. Zu Beginn einer Druckschwankungsfolge werden zunächst Adressidentifikationsdaten übermittelt, um ein oder mehrere bestimmte Regeleinheiten 22' auswählen zu können. In einer daran anschließenden Phase der Druckschwankungsfolge werden dann Einstelldaten an die selektierten der Regeleinheiten 22' gesandt. Die Verschlüsselung der Adressdaten und der Einstelldaten erfolgt also durch die Aufprägung der Druckschwankungen, und zwar entweder durch zeitliche oder Amplitudenmodulation.
Eine in dem Zentralheizungssystem 10' einsetzbare Regeleinheit 22' ist in Fig. 4 schematisch wiedergegeben. Der mechanische Aufbau de Thermostat-Regelventils 34 ist bis auf die Tatsache, dass auf den Ventilstößel 44 elektromechanisch eingewirkt wird, gleich dem Aufbau des Thermostat-Regelventils 34 der Fig. 2. Insoweit sind in Fig. 4 die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.
Der bei der Regelventileinheit 22' eingesetzte Drucksensor 62 arbeitet als hydroelektrischer Wandler, der den Druck des Mediums in ein elektrisches Signal umwandelt. Beispielsweise kann der Drucksensor 62 ein dem Mediumdruck ausgesetztes Sensorelement 64 aufweisen, das zur Erzeugung elektrischer Energie bzw, eines elektrischen Signals mechanisch auf ein Piezoelement 66 einwirkt. Wird das Sensorelement 64 also zeitlichen Druckschwankungen ausgesetzt, so spiegeln sich diese in dem vom Piezoelement 66 erzeugten elektrischen Signal wieder. Das Piezoelement 66 ist über eine Leitung 68 mit einem Umsetzer 70 verbunden, der das Ausgangssignal des Piezoelements 66 in ein Signal zum Speisen einer Energieversorgungsquelle 72 umsetzt. Zu diesem Zweck sind der Umsetzer 70 und die Energieversorgungsquelle 72 über eine Leitung 74 miteinander verbunden. Ein Teil der Energie des elektrischen Signals des Piezoelements 66 wird in einer Adresserkennungsvorrichtung 76 zur Erkennung der Adressdaten benutzt, die im ersten Teil einer Druckschwankungsfolge über das Medium übertragen werden und damit auch im ersten Teil des elektrischen Signals des Piezoelements 66 erscheinen. Ist die hydraulisch über das Medium übertragene Adresse gleich der vorprogrammierten Adresse der Adresserkennungsvorrichtung 76, so werden die nachfolgenden Informationen des Ausgangssignals des Piezoelements 66 einer Steuereinheit 78 zugeführt, die ein Stellglied 80 ansteuert. Dieses Stellglied 80 ist als elektromechanisches Stellglied ausgeführt und kann beispielsweise einen Stellmotor umfassen, der mit einer zwischen dem Thermostatstößel 40 und dem Ventilstößel 44 angeordneten Kurvenscheibe zum Verdrehen derselben gekoppelt ist. Ein derartiges Thermostatventil ist beispielsweise in DE-C-31 53 654 beschrieben.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird bei der Regeleinheit 22' gemäß Fig, 4 auch die für die Stromversorgung der Adresserkennungsvorrichtung 76, der Steuereinheit 78 und des Stellgliedes 80 erforderliche Energie ebenfalls über das Medium übertragen, indem nämlich die Druckschwankungen nicht nur für die Erkennung der Adress- und Einstelldaten, sondern auch für die Energiegewinnung genutzt wird. Eine Alternative zu diesem Energieversorgungssystem besteht beispielsweise darin, dass die Regeleinheiten 22' über Batterien verfügen. Desweiteren ist es möglich, für die Stromversorgung Peltier-Elemente einzusetzen, die den Temperaturunterschied des Mediums zur Umgebung für die Stromgewinnung ausnutzen.

Claims (16)

  1. Raumklimatisierungssystem für Gebäude, mit
    einer Temperiervorrichtung (12) zum Erwärmen und/oder Abkühlen eines Wärme- und/oder Kältetransportmediums,
    mehreren, die Wärme des Mediums an die Umgebung abgebenden und/oder die Wärme der Umgebung in das Medium aufnehmenden Wärmetauschern (20),
    Rohrleitungen (14,16), über die die Wärmetauscher (20) und die Temperiervorrichtung (12) zum Transport des Mediums miteinander verbunden sind, und
    den Wärmetauschern (20) zugeordnete Ventile (22,22') zum Einstellen der die Wärmetauscher (20) durchströmenden Mengen an Medium,
    gekennzeichnet durch
    eine Mediendruck-Einstellvorrichtung (26) zum Verändern des Druckes des Mediums,
    den Ventilen (22,22') zugeordnete Drucksensoren (48,62) zur Erfassung des Druckes des Mediums und
    Stellgliedern (54,80) für die Ventile (22,22') zum Verstellen der Ventile (22,22'),
    wobei die Ventile (22,22') von den Stellgliedern (54,80) in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Drucksensoren (48,62) einstellbar sind.
  2. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drucksensor (48,62) ein in Abhängigkeit von dem Druck des Mediums bewegbares Sensorelement (50,64) aufweist, das mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch mit dem Stellglied (54,80) gekoppelt ist und dieses zur Einstellung des Ventils (22,22') verstellt.
  3. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (54,80) zur Einstellung des Ventils (22,22') auf dieses mechanisch einwirkt.
  4. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (50,64) mindestens zwei Bewegungspositionen einnimmt, die unterschiedlichen Drücken des Mediums zugeordnet sind, und das mit der Mediendruck-Einstellvorrichtung (26) der Druck des Mediums innerhalb dieser beiden Druckbereiche einstellbar ist.
  5. Raumklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendruck-Einstellvorrichtung (26) zeitabhängig steuerbar ist.
  6. Raumklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendruck-Einstellvorrichtung (26) eine einstellbare Förderpumpe und/oder eine einstellbare Drossel und/oder eine einstellbare Druckminderungsvorrichtung (28) ist.
  7. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drucksensor (62) als hydro-elektrischer Wandler zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem Druck des Mediums ausgebildet ist und dass das Stellglied (80) elektrisch betreibbar und in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Drucksensors (62) ansteuerbar ist.
  8. Raumklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Energiequelle (72) für jedes Stellglied (80) oder für mehrere Stellglieder (80), wobei die Energiequelle (72) vom Versorgungsnetz unabhängig ist.
  9. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (72) mit der elektrischen Energie des Ausgangssignals des Drucksensors (62) speisbar ist.
  10. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle ein Peltier-Element ist oder von einem Peltier-Element speisbar ist, wobei das Peltier-Element der Temperaturdifferenz zwischen dem Medium und der Umgebung ausgesetzt ist.
  11. Raumklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mediendruck-Erzeugungsvorrichtung (26) Druckschwankungsfolgen mit unterschiedlichen Mustern zur Kodierung von Adress- und Einstelldaten erzeugt, dass jedem Ventil (22,22') eine Adresserkennungsvorrichtung (76) mit einer Adresse zugeordnet ist und dass bei Gleichheit der Adressdaten der Druckschwankungsfolge mit der Adresse eines, mehrerer oder sämtlicher Ventile (22') dieses bzw. diese entsprechend den Einstelldaten einstellbar sind.
  12. Raumklimatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (22,22') als Thermostatventile ausgebildet sind.
  13. Raumklimatisierungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermostatventile auch manuell einstellbar sind.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Raumklimatisierungssystems mit mehreren von einem Wärme- und/oder Kältetransportmedium durchströmbaren Wärmetauschern (20) zum Abgeben der Wärme des Mediums an die Umwelt und/oder zum Aufnehmen von Wärme aus der Umgebung in das Medium, wobei der Grat der Durchströmung der Wärmetauscher (20) durch diesen zugeordnete Ventile (22,22') eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet
    dass zum Verstellen der Ventile (22,22') der Druck des Mediums verändert wird,
    dass für jedes Ventil (22,22') dezentral der Druck des Mediums detektiert wird und
    dass in Abhängigkeit von dem detektierten Druck des Mediums über den Ventilen (22,22') zugeordnete Stellglieder (54,80) die Ventile (22,22') eingestellt werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Mediums zeitgesteuert auf innerhalb mindestens zweier unterschiedlicher Druckbereiche liegende Werte verändert wird und dass die Stellglieder (54,80) den mindestens zwei Druckbereichen entsprechende Zustände zum Einstellen der Ventile (22,22') auf einen von mindestens zwei Einstellzuständen annehmen.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium Druckschwankungsfolgen zum Kodieren von Adress- und Einstelldaten ausgesetzt wird, dass jedem Ventil (22,22') eine Adresse zugeordnet wird, dass die Druckschwankungen dezentral detektiert werden und dass das jeweilige Ventil (22,22') nur dann entsprechend den Einstelldaten der Druckschwankungen von dem betreffenden Stellglied (80) eingestellt wird, wenn die in den Druckschwankungen kodierten Adressdaten mit der dem Ventil (22') zugeordneten Adresse übereinstimmen.
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