AT391754B - Verfahren zum betreiben mehrerer waerme- oder kaeltequellen mit gestufter leistung - Google Patents

Description

Nr. 391 754

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben mehrerer Wärme- oder Kältequellen mit gestufter Leistung an wenigstens einem wärme- oder kälteaufnehmenden Verbraucher und der Regelung einer Temperatur im Kreis zwischen Wärme- beziehungsweise Kältequelle und Verbraucher oder einer hiervon abgeleiteten Temperatur, wobei bei Vorhandensein von n-Leistungsstufen der Wärme- oder Kältequelle n“l-Grenzwerte für Stufenumschaltungen gebildet werden und die Lage der Grenzwerte variiert wird.

Ein solches Verfahren ist bekanntgeworden aus der EP-OS 56 445.

Bei diesem Verfahren kann nach Vollziehen einer Vorlauftemperatur-Nachtabsenkung oder Verminderung der Kälteleistung während der Nacht die Länge einer Schneilauf heizung beziehungsweise einer Schnellabkühlung vor Beginn der nächsten Belegungszeit des Gebäudes nicht bestimmt weiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren derart weiter auszugestalten, daß zum Schnellaufheizen eines Gebäudes beziehungsweise schnell kühlendes Gebäude nur die unbedingt notwendige Leistungsstufenzahl zugeschaltet wird.

Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung darin, daß beim Aufheizen der außentemperaturäbhängige

Vorlauftemperatur-Sollwert mit den n'*-Grenzwerten verglichen wird und nur diejenigen Leistungsstufen zugeschaltet werden, deren zugehörige Grenzwerte von dem Vorlauftemperatur-Sollwert überschritten werden.

Durch diese Ausgestaltung ist eine besonders gute Leistungsanpassung während der Aufheizzeit oder auch analog Abkühlzeit für das Gebäude vor Belegungsbeginn möglich.

Es zeigen:

Figur 1 eine Heizungsanlage in einer schematischen Darstellung und die

Figuren 2 bis 5 Diagramme.

In allen fünf Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen Einzelheiten.

Die Heizungsanlage in Figur 1 besteht aus einer Wärmequellenseite (1) und einer wärmeaufnehmenden Seite (2), die beide über eine Vorlaufleitung (3) und eine Rücklaufleitung (4) verbunden sind. Die Wärmequellenseite (1) besitzt mehrere Wärmequellen, von denen drei eingezeichnet sind, die Bezugszeichen (5), (6) und (7) aufweisen. Diese Wärmequellen werden im Ein-/Aus-Betrieb betrieben und können gleiche oder auch unterschiedliche Leistungen aufweisen. Die Art der Wärmequellen ist belanglos, es können Kompressions- oder Absorptionswärmepumpen, Kessel oder Umlaufwasserheizer sein, die Wärmequellen können gleich oder gemischt sein. Ferner ist die Art der Beheizung gleichgültig, es kämen hier insbesondere gas- oder ölbeheizte sowie mit elektrischem Strom beheizte in Frage. Diese Wärmequellen (5) bis (7) werden auf Verbraucher (8), (9) und (10) geschaltet, die Zahl der Verbraucher ist nach oben nicht begrenzt.

Die Verbraucher können entweder aus einzelnen oder einer Vielzahl von Radiatoren oder Konvektoren bestehen, ferner können Fußbodenheizungen oder Heizungsanteile in Frage kommen und Brauchwasserspeicher. Der gesamte Verbraucher kann aus einzelnen oder aus mehreren Sorten zusammengesetzter Verbraucher bestehen. Aus der Zahl und Art der Verbraucher resultiert ein bestimmter momentaner Leistungsbedarf, der, über den Tag gesehen, nicht konstant sein muß.

Die einzelnen Wärmequellen (5) bis (7) sind hydraulisch parallel an die Vorlaufleitung (3) angeschlossen, rücklaufseitig sind sie über Magnetventile (11), (12) und (13) absperrbar. Die Absperrung wird dann vorgenommen, wenn eine Wärmequelle nicht in Betrieb geht, um das Zentralheizungswasser nicht über diese Wärmequelle unnütz auszukühlen. Gleichermaßen können die Verbraucher in Serie mit innenliegenden Magnetventilen (14), (15) und (16) versehen sein, die dann geöffnet werden, wenn der zugehörige Verbraucher in Betrieb gehen soll. Jedes Magnetventil ist mit einem zugehörigen Betätigungsmagneten versehen, die allesamt über Leitungen (17) mit einer zentralen Steuer- und Regeleinheit (18) verbunden sind. In der Vorlaufleitung (3) ist ein Vorlauftemperaturfühler (19) vorgesehen, der über eine Leitung (20) mit der Steuer- und Regeleinheit (18) verbunden ist, ferner eine Umwälzpumpe (21). An die Steuer- und Regeleinheit ist ein Außentemperaturfühler (22) über eine Leitung (23) als Istwertgeber angeschlossen, weiterhin ist vorgesehen, wenigstens einen Gebäuderaum (24) mit einem Raumtemperaturfühler (25) zu versehen, der über eine Meßleitung (26) gleichermaßen als Istwertgeber mit der Steuer- und Regeleinheit (18) verbunden ist. Es sind drei Sollwertgeber (27), (28) und (29) vorhanden, wobei mit dem Sollwertgeber (27) der Sollwert der Vorlauftemperatur vorgegeben wird. Dies muß kein fester Sollwert sein, sondern kann ein von der Außentemperatur abhängig gesteuerter Sollwert sein (Heizkurve). Weiterhin käme hier ein Heizprogramm in Frage, beispielsweise ein Aufladeheizprogramm für einen Brauchwasserspeicher. Die beiden anderen Sollwertgeber (28) und (29) dienen zur Einstellung der Schalthysterese des Zweipunktreglers, der Teil der Steuer- und Regeleinheit (18) ist, beziehungsweise zur Einstellung einer als zulässig angesehenen Regelabweichung, auf die später noch eingegangen werden wird.

Zur Funktion des Verfahrens, das mit der Steuer- und Regeleinheit (18) betrieben wird, wird nunmehr auf die Figur 2 verwiesen. Die Figur 2 stellt ein Diagramm dar, das in der Abszisse die Außentemperatur in °C, in der Ordinate den Vorlauftemperatur-Sollwert gleichermaßen in °C darstellt.

Es ist aber gleichermaßen möglich, statt der Vorlauftemperatur die Rücklauftemperatur oder eine Differenztemepratur oder eine sonstwie hiervon abgeleitete Temperatur als Regelgröße zu betrachten. In Frage käme hierbei insbesondere die Raumtemperatur oder zum Beispiel die Temperatur des im Brauchwasserspeicher gespeicherten Wassers. -2-

Nr. 391 754 Für das Betriebsverfahren sind zunächst einmal drei mögliche Zustände zu unterscheiden. Einmal den Anfaluzustand, der sich dann ergibt, wenn aus einem äbgesenkten (Nacht-) Temperatumiveau auf ein Tag-Temperatumiveau hochgefahren werden soll beziehungsweise wenn ein Brauchwasserspeicher aufgeladen werden soll, ferner ein Beharrungszustand, der sich dadurch kennzeichnet, daß ein bestehendes Temperatumiveau etwa gehalten werden soll, und zum dritten ein Übergangszustand, der dann erreicht wird, wenn von einem höheren Temperatumiveau auf ein Absenktemperaturaiveau übergegangen wird. Der Übergangszustand kann sich auch dann einstellen, wenn die Wärmenachfrage eines Verbrauchers sinkt, beispielsweise nach Beendigung einer Speicherauf heizung, wenn die Zentralheizung selbst noch Wärme anfordert

In der Figur 2 ist eine Kurve (31) dargestellt, die eine Heizkurve darstellt, also den Sollwert für die Regelgröße, nämlich die Vorlauftemperatur. Wird nun davon ausgegangen, daß zu einer bestimmten Zeit von einem abgesenkten Temperatumiveau auf ein höheres Temperatumiveau aufgeheizt werden soll, also der Anfahrzustand herrscht, so werden bei Vorhandensein von zwei Wärmequellen zwei Betriebszustände zu unterscheiden sein, nämlich daß nur eine der beiden Wärmequellen oder beide auf die Verbraucher geschaltet sind. Es müssen zunächst unterhalb dessen beide - oder allgemein gesprochen - alle Wärmequellen auf die Verbraucher geschaltet werden oder oberhalb dessen nur ein Teil der Wärmequellen auf die Anlage geschaltet werden. Dieser Grenzwert wird im Ausführungsbeispiel als Außentemperaturwert festgelegt, im Ausführungsbeispiel liegt er bei einer Außentemperatur von +10 °C im Punkt (32). Das bedeutet, daß bei Außentemperaturwerten unter +10 °C beide Wärmequellen eingeschaltet sind, um die Verbraucher hochzufahren, bei Temperaturwerten darüber wird nur mit einer Wärmequelle hochgeheizt. Es versteht sich, daß bei einer Anzahl von n einschaltbaren Wärmequellen η -1 Grenzwerte vorgegeben werden. Diese Grenzwerte werden bei der Erstinstallation einer Heizungsanlage empirisch vorgegeben, und die Steuer- und Regeleinheit (18) speichert diese über den Sollwertsteller (30) einstellbaren Grenzwerte und variiert die Grenzwerte aufgrund selbstadapüerenden Verhaltens. Das bedeutet, daß die Grenzwerte von der Steuer- und Regeleinheit, die einen Mikroprozessor zur Durchführung dieser Arbeiten enthält, selbständig variiert werden, um ein Optimum zu erreichen. Das Optimum ist hier so zu definieren, daß versucht wird, mit einer Mindestzahl von Wärmequellen das angestrebte Hochtemperatumiveau zu erreichen.

Zu der vorgegebenen Grenzschwelle (32) gehört demgemäß der Punkt (33) auf der Kurve (31), der zu einer bestimmten Soll-Vorlauftemperatur im Punkt (34) führt

Nach Ablauf einer gewissen Zeit des Anfahrens der Heizungsanlage wird ein statischer Zustand erreicht, das heißt, der Istwert der Vorlauftemperatur pendelt aufgrund der Arbeitsweise der Zweipunktregelung um den Sollwert. Herrscht an dem Tag beispielsweise eine Außentemperatur ·0 A Ist von -13° im Punkt (35), so führt das zu einem Sollwert für die Vorlauftemperatur gemäß dem Punkt (36) beziehungsweise im Punkt (37) von 68 °C. Es zeigt sich, daß die Werte gemäß den Punkten (36) und (37) im Hysteresebereich (38) liegen, der von den beiden Schwellenwerten (39) und (40) begrenzt wird. Der Bereich zwischen den Schwellenwerten (39) und (40) entspricht der Schaltdifferenz des Zweipunktreglers. Das bedeutet, daß beim Absinken des Istwertes der Vorlauftemperatur auf die untere Schwelle (40) entweder eine geregelte Stufe einer mehrstufigen Wärmequelle eingeschaltet wird oder eine ganze Wärmequelle eingeschaltet wird und daß dann, wenn der Vorlauftemperatur· Istwert die obere Schwelle (39) erreicht, die geregelte Stufe der Wärmequelle äbgeschaltet wird. Die Linien (39) und (40) sind Projektionslinien. Für den Fall, daß die Vorlauftemperatur unterhalb der niedrigen Schwelle (40) liegen, bedeutet das, daß die Regelabweichung der Vorlauftemperatur nicht mit dem Sollwert zur Deckung gebracht wird. Das bedeutet, daß die gerade in Betrieb befindlichen Wärmequellen zu klein sind in ihrer Wärmeabgabeleistung. Das bedeutet, daß auf die nächstgrößere Stufe geschaltet werden muß oder daß eine weitere Stufe oder eine gesamte Wärmequelle zugeschaltet werden muß. Es besteht hier die Möglichkeit, daß die Minderleistung der Wärmequelle permanent zu klein ist oder daß nur durch zufällig bedingte Verbraucherabweichungen die normalerweise richtige Wärmequellenleistung momentan zu klein ist. Um hier nicht in jedem Falle eine weitere Stufe der Wärmequellenleistung zuzuschalten, wird eine weitere noch als zulässig angesehene Regelabweichung eingeführt, die auf die Hysterese aufgeschaltet wird. Demgemäß wird um die als noch zulässig angesehene weitere Regelabweichung (41) die untere Schwelle (40) gemäß der neuen Schwelle (42) weiter abgesenkt. Liegt der Istwert der Vorlauftemperatur dann innerhalb der erweiterten Schwelle (40) bis (39), so wird die bestehende Regelabweichung in Kauf genommen und an der arbeitenden Wärmequellen-Stufenzahl nichts geändert Liegt der Istwert darunter, wird dennoch zugeschaltet. Die Zuschaltung der nächsten Leistungsstufe kann auch dann erfolgen, wenn nach Ablauf einer Verzugszeit, ab dem Unterschreiten von (42), der Istwert unter (42) liegt Für die Wahl der Größe der zu der Hysterese (38) zu addierenden zulässigen Regelabweichung gilt, daß diese allgemein proportional gleichgerichtet zur Hysterese verändert wird, wobei der Betrag der als zulässig angesehenen Regelabweichung zwischen 10 und 30 %, vorzugsweise bei 20 %, liegt Es ist aber auch möglich, die als zulässig angesehene Größe der Regelabweichung nicht konstant über die Außentemperatur berechnen zu lassen, sondern mit einem bestimmten Betrag oberhalb der Vorlauftemperatur festzulegen, beispielsweise ϋ Vorlauf und 3 K.

Gleiches ergibt sich, wenn die Zentralheizungsanlage von einem Vorlauftemperatur-Istwert, der oberhalb der Schwelle (39) liegt, der Sollwert heruntergefahren wird. Liegt demgemäß der Vorlauftemperatur-Istwert oberhalb der auf den Wert der Schwelle (39) addierten zulässigen Regelabweichung (43), so wird die Wärmequellen-Stufenzahl vermindert, liegt er hingegen im Zwischenbereich zwischen den Kurven (39) und (43), so wird noch -3-

Claims (1)

1. Nr. 391 754 keine Umschaltung vorgenommen, da unterstellt werden muß, daß aufgrund zufällig bedingter Abweichungen die Wärmeabnahme des oder der Verbraucher momentan kleiner ist. Ein Abschalten von Wärmequellenstufen um jeden Preis würde sonst zu einem unerwünschten Schwingen des Reglers führen. Anhand der Figuren 3 bis 5 ist der Verlauf des Istwertes der Vorlauftemperatur gemäß der Kurve (44) dargestellt, und zwar ist in der Abszisse die Zeit (T) in Minuten, in der Ordinate die Temperatur in °C aufgetragen. Man sieht, daß der Istwert der Vorlauftemperatur um den Sollwert Ό Soll gemäß der Linie (45) schwankt, und zwar im Bereich der Hysterese, vorgegeben durch die Schwellen (39) und (40). Aus der Figur 4 geht hervor, daß beim Überschwingen des Istwertes der Vorlauftemperatur auf die Schwelle (39) aufgeschlagene zulässige Regelabweichung (49) der Abschaltbefehl für eine Wärmequelle beziehungsweise einer Stufe einer Wärmequelle erfolgt. In der Figur 5 wird der mögliche Fall behandelt, daß beim Überschwingen des Istwertes gemäß der Kurve (44) über den oberen Schwellwert (39) der Hysterese im Punkt (46) eine Wartezeit gemäß der Pfeillänge (47) vorgegeben und abgewartet wird, um nach deren Ablauf erneut zu prüfen, ob der Istwert der Vorlauftemperatur immer noch oberhalb der oberen Schwelle (43) der Hysterese liegt Ist das der Fall, so wird hieraus ein Abschaltbefehl für eine Stufe der Wärmequelle erfolgen, und es kann alternativ hierzu der Wert der zulässigen Regelabweichung (49), der auf die obere Schwelle (39) aufgeschlagen wird, zu Null vermindert werden. Hierbei ist es möglich, dieses Vermindern nach einem bestimmten Zeitprogramm vorzugeben und bevorzugt maximal so zu gestalten, daß der Sollwert so abgesenkt wird, daß nach Ablauf der vorgegebenen Zeit der obere Schwellwert der Hysterese ohne zulässige Regelabweichung dem Mittelwert des Sollwertes entspricht Bei Erreichen der Abschalttemperatur (48) wird die Leitungsstufenzahl vermindert, und die Schwellwerte werden in den Anfangszustand versetzt Es soll an dieser Stelle aber noch darauf hingewiesen werden, daß das Verfahren nicht nur für das Aufheizen von Räumen Gültigkeit hat, sondern beispielsweise auch für das Klimatisieren und Kühlen von Räumen. Hier sind dann natürlich die Vorgänge gegenläufig zu betrachten, der Anfahrzustand entspricht dem Herunterkühlen eines Raumes. Die Verfahrensweise ist aber danach angepaßt ansonsten die gleiche. Weiterhin ist es möglich, die Verfahrensschritte, die anhand der Figur 5 für die Wartezeit erläutert wurden, auch dann anzuwenden, wenn offensichtlich der Vorlauftemperatur-Istwert die untere Schwelle des Einschaltwertes, also den unteren Schwellwert (40) zuzüglich der zulässigen Regelabweichung (42) nie erreicht. Auch dann kann nach Ablauf einer gesetzten Wartezeit der Umschaltbefehl resultieren. Um zum Einschaltbefehl zu kommen, wird dann der untere Grenzwert für die Einschaltung spiegelbildlich zu Figur fünf hochgelegt. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Betreiben mehrerer Wärme- oder Kältequellen mit gestufter Leistung an wenigstens einem wärme-oder kälteaufnehmenden Verbraucher und der Regelung einer Temperatur im Kreis zwischen Wärmebeziehungsweise Kältequelle oder einer davon abgeleiteten Temperatur, wobei bei Vorhandensein von n-Leistungsstufen der Wärme- oder Kältequelle n -1-Grenzwerte für Stufenumschaltungen gebildet werden und die Lage der Grenzwerte variiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufheizen der außentemperaturabhängige Vorlauftemperatur-Sollwert mit den n -I-Grenzwerten verglichen wird und nur diejenigen Leistungsstufen zugeschaltet werden, deren zugehörige Grenzwerte von dem Vorlauftemperatur-Sollwert überschritten werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-