Regeltechnik

... oder warum High-Tech-Regler ihr Geld wert sind.

Einfache Bimetallregler sind träge und können die gewünschte Raumtemperatur daher nicht konstant halten. Wenn Sie Ihren Regler z.B. auf 20 °C einstellen, schaltet der Regler bei ca. 19 °C ein und bei 21 °C aus. Jetzt könnte man sagen das ist doch in Ordnung. Aber die Regelung einer Einmassen Teilspeicherheizung ist nicht so einfach zu handhaben, weil die Trägheit der Speichermassen noch hinzukommt.

Hier der Vergleich in Kurvenform zwischen unserer Natursteinheizung und Glasheizung mit Bimetall und elektronischem Regler.

Beschreibung der Raumtemperatur -Kurvenzeichnung :

1. Die Temperaturskalen links und rechts zeigen die tatsächliche Raumtemperatur 18 - 22 °C an.
    
2. Die eingestellte, gewollte Raumtemperatur und Zeit ist als dicke orange Mittellinie ausgeführt.
    
3. Die rot durchgezogene Reglerkurve ist die Natursteinheizung mit einer Speichermasse.
    
4. Die hellblaue durchgezogene Regelkurve ist die Glasheizung mit Schichtspeicher.
    
5. Ein elektromechanisches Standartthermostat hat im Durchschnitt eine Schaltdifferenz von +/- 1 °C. Diese Ein- und Ausschaltpunkte sind - bei 20 °C eingestellter Raumtemperatur - somit die schwarz gestrichelten Linien bei 19 °C bzw. 21 °C.
    
6. Ein WBO Thermostat Typ R 550 hat nur eine Schaltdifferenz von +/- 0,1 °C. Die grünen gestrichelten Linien und die kleinen Heizungsschwingungen an der Mittellinie symbolisieren die Schaltpunkte beim elektronischen Regler.
    

Rote Kurve – Natursteinheizung
Beschreibung des Regelablaufes in Abhängigkeit der Zeit und Raumtemperatur mit einem Elektromechanischen Raumthermostat:

Sie stellen den Raumthermostaten z.B. auf 20 °C, der Raum verliert Wärme durch die Wände etc. und die Raumtemperatur sinkt ab. Beim 19 °C Einschaltpunkt schaltet nun der Thermostat die Natursteinheizung ein. Es fließt nun sofort Strom, die Natursteinheizung füllt nun zuerst Ihren Wärmespeicher und in der Zeit sinkt die Raumtemperatur weiter bis es zum Stillstand der Temperaturabsenkung durch Wärmezufuhr der nun erwärmten Heizung im Raum kommt.

Dies nennt man Unterschwingen der Raumregelkurve. Dann beginnt die Raumtemperatur wieder zu steigen bis zum oberen Abschaltpunkt bei 21 °C. Nun schaltet der Thermostat den Strom ab. Die gespeicherte Wärme der Natursteinheizung heizt aber nun den Raum weiter als gewünscht auf z.B. bis 22 °C. Dies nennt man das Überschwingen der Heizkurve. Der Raum wird hierbei weiter hoch geheizt als gewünscht. Danach kühlt der Wärmespeicher nach und nach ab und der Raum wird auch nach und nach abkühlen. Der Regelablauf beginnt von Neuem.

Blaue Kurve – Glasheizung
Beschreibung des Regelablaufes in Abhängigkeit der Zeit und Raumtemperatur mit einem Elektromechanischen Raumthermostat

Sie stellen den Raumthermostaten z.B. auf 20 °C, der Raum verliert Wärme durch die Wände etc. und die Raumtemperatur sinkt ab. Bei 19 °C schaltet nun der Thermostat die Glasheizung ein. Es fließt nun sofort Strom. Die Glasheizung verfügt aber im Gegensatz zur Natursteinheizung über zwei durch eine spezielle Schicht getrennte Speichermassen die hintereinander angeordnet sind. Es füllt sich daher zuerst der 1. vordere Wärmespeicher. Da er nur die halbe Masse darstellt verkürzt sich die Zeit in der die Raumtemperatur absinkt auf wenige Minuten, bis es zum Stillstand der Temperaturabsenkung im Raum kommt.

Es kommt daher nur zu einem kurzzeitigen und somit nur zu einem kleinen Unterschwingen der Raumregelkurve. Aufgrund der noch abgeschotteten 2. hinteren Masse beginnt die Raumtemperatur schneller zu steigen. Im Verlauf des weiteren Hochheizens wird nun bedingt durch eine spezielle Umschalt-Eigenschaft der Hightech Zwischenschicht die dahinter liegende 2. Speichermasse nun auch mit aufgeheizt. Am oberen Abschaltpunkt bei 21 °C schaltet der Thermostat nun den Strom ab. Die gespeicherte Wärme der 1. Wärmeschicht der Glasheizung wandert aber nun nicht wie üblich direkt in den Raum sondern zum größten Teil in die noch nicht voll geladene dahinter liegende 2. Speichermasse. Das führt zum stoppen des weiteren Aufheizen des Raumes und folge dessen auch zum geringeren Überschwingen der Heizkurve. Die beiden gefüllten Wärmespeicher haben nun eine lange Abkühlphase bis der Wärmespeicher wieder geleert ist und der Regelablauf beginnt von Neuem.

Fazit:

1. Die Glasheizung spart durch die beiden hintereinander angeordneten zwei Speichermassen Energie.

2. Man sollte bei Natursteinheizungen keine mechanischen Raumthermostate ( Klick - Klackregler ) verwenden weil die Schaltpunkte sehr weit auseinander liegen und auch keine Steuerung aktiv in die Regelabläufe eingreifen kann.

Regelung mit Elektronischen Raumthermostaten mit PID-Regelungen

Der Vorteil der PID-Regelung liegt darin, dass in Abhängigkeit der Zeit die aktuellen Raumtemperaturen aufgezeichnet und anhand eines abgespeicherten hinterlegten Computerprogrammes optimiert werden. Das funktioniert so:

Der PID-Regler erkennt ein Unterschwingen und ein Überschwingen der Raumtemperatur und schaltet nun die Heizung beim Unterschwingen etwas früher ein und beim Überschwingen etwas früher aus, das geht solange, bis die Raumtemperatur optimiert ist. Ändert sich ein Parameter, z.B. es regnet und der Raum verliert mehr Wärme, dann beginnt PID wieder einzugreifen und so fort.

Fazit:

Elektronische Raumthermostate haben zum einen geringere Abstände der Schaltpunkte, regeln also den Raum genauer und ausgerüstet mit PID-Regeloptimierung wird aktiv die Raumtemperatur bis zum Optimum ausgeregelt.

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