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Die Erfindung betrifft eine Regeleinnchtung für Warmwasser-Zentralheizungsanlagen, bei denen wenigstens ein Heizungskessel wenigstens eine Heizungsgruppe über eine Pumpe und bzw. oder ein Regulierventil mit Warmwasser versorgt, wobei Fühler für die Aussentemperatur, die Raumtemperatur und die Vorund Rücklauftemperatur des Warmwassers vorgesehen sind und die Regeleinrichtung die Vorlauftemperatur über die Heizleistung des Heizungskessels und bzw. oder über das Regulierventil m Abhängigkeit von der Aussen- bzw. Raumtemperatur regelt.
Für die Regelung der Raumtemperatur und der an den Raum abgegebenen Wärme sind verschiedenste Einrichtungen bekannt. Im einfachsten Fall wird nur die Vorlauftemperatur an die momentan herrschenden Aussen- bzw. Raumtemperaturen angeglichen, wobei in den meisten Fällen die Vorlauftemperatur über das Regulierventil, meist ein Mischventil für das vom Heizungskessel her zugeführte Warmwasser und das zurücklaufende Wasser, eingestellt wird.
Praktisch in allen Fällen erfolgt die Regelung der Heizleistung des
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ren Temperaturwächter vorzusehen, der den Brenner oder den sonstigen Wärmeerzeuger des Heizungs- kessels beim Absinken der Temperatur unter einen vorgegebenen Wert ein- und beim Erreichen eines vorgegebenen Höchstwertes wieder ausschaltet, wobei hier in dem vom Heizungskessel abgegebenen
Warmwasser Temperaturschwankungen in der erwähnten Spanne auftreten.
Eine derartige indirekte Rege- lung der Kesselleistung ist träge, führt zu relativ grossen Temperaturschwankungen in den Leitungen und hat vor allem den Nachteil, dass der Kessel bei erhöhtem Heizleistungsbedarf aus den Umgebungsbedingungen zu spät ein-bzw. bei Absinken des Heizieistungsbedarfes zu spät ausgeschaltet bzw. in der Heizleistung erhöht oder abgesenkt wird, wodurch sich auch eine bedeutende Verschlechterung im erzielbaren Gesamtwirkungsgrad ergibt.
Die Regelung nach der Aussen- bzw. Raumtemperatur allein ist träge und führt, wenn nach der Aussentemperatur geregelt wird, vielfach zu einer stärkeren Erwärmung des von der jeweiligen Heizungsgruppe versorgten Raumes bzw. Gebäudeteiles und damit auch zu den unerwünschten Schwankungen in der vorgewählten Raumtemperatur.
Es ist bekannt, vor der Installierung einer Zentralheizungsanlage die wesentlichen Parameter der zu beheizenden Räume, nämlich Raumgrösse, Raumvolumen, Wärmedurchgangsfaktoren der Raumbegrenzungen, In Sonderfällen aber auch die durchschnittlichen äusseren klimatischen Bedingungen, insbesondere die durchschnittlichen Aussentemperaturen, wie Windgeschwindigkeiten usw., zu erfassen und aus diesen Parametern einerseits die Grösse der zu installierenden Heizkörper bzw. Heizflächen und anderseits den Heizleistungsbedarf und damit die Grösse des zu installierenden Heizungskessels im voraus zu bestimmen.
Für die Wärmeabgabe können neben üblichen Radiatoren u. dgl. auch Flächenheizkörper in Form von Fussbodenheizungen bzw. Wandflächenheizungen oder Lufterhitzer von Luftheizgeräten mit oder ohne Ventilator vorgesehen werden. In vielen Fällen finden solche Heizeinnchtungen auch in verschiedenen Mischvarianten Verwendung.
Wenn bei Warmwasser-Zentralheizungsanlagen der eingangs genannten Art zwei oder mehrere Heizungsgruppen oder Heizkreise vorgesehen sind, wird ohne besondere Massnahmen die Gesamtregelung ungenau und es kommt vor allem zu ungleichmässigen Verteilungen oder zu schlechten Dosierungen der Heizleistung auf die einzelnen Heizkreise, wobei vorgesehene Regeleinrichtungen, z. B. Drosseleinnchtungen an den Heizkörpern, häufig korrigiert werden müssen, um die tatsächlich gewünschten Heizleistungen und damit Raumtemperaturen zu erhalten.
Um auch bei mehreren Heizkreisen eine brauchbare Regelung zu erzielen, ist es nach der EP 0 189 614 A bekannt, nicht nur die Vorlauftemperatur, sondern auch die Rücklauftemperatur jedes Heizkreises über eigene Fühler zu erfassen und auch den Massendurchsatz, also die durchströmende Wassermenge, zu bestimmen, wobei aus diesen Parametern die tatsächlich abgegebene Heizleistung ermittelt wird und durch Drehzahlregelung der Pumpe oder über Regelventile an einen aus den erfassten Umweltparametern bestimmten Sollwert angeglichen werden kann.
Ebenfalls zur Bestimmung der angegebenen Heizleistung über Fernsteuerungen ist es, bei über temperaturabhängige Regelventile und Raumthermostaten gesteuerten Heizkreisen bekannt, den Raumthermostaten elektnsche Heizwiderstände zuzuordnen und damit abhängig vom momentanen Regelprogramm den Thermostaten gezielt von der Raumtemperatur abweichende Isttemperaturen vorzutäuschen. Entsprechende Ausführungen entnimmt man der DE 25 30 855 A und der DE 36 15 253 A.
Schliesslich ist es aus der DE 42 03 613 A auch bekannt, bei Zentralheizungsanlagen mit zentraler Steuerung für die Wärmeabgabe in mehreren Räumen einen Raum, meist den Hauptaufenthaltsraum, bei
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grössere proportionale Warmwassermenge für die Heizkörper zuzuführen als den übngen Räumen, so dass der bevorzugte Raum rasch die gewünschte Raumtemperatur erreicht und dann erst die weiteren Räume voll mit der zur Erzielung der gewünschten Temperatur notwendigen Heizleistung versorgt werden.
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Bei einem Wärmetauscher für an eine Fernheizung angeschlossene Einzelverbraucher, bei dem das vom Fernheizwerk gelieferte Heizmedium Temperaturschwankungen unterliegen kann, ist es zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades und einer Vergleichmässigung der Wassertemperatur in dem sekundären
Heizkreis des Verbrauchers aus der AT 394 899 A bekannt, die Vorlauftemperatur des Heizmediums zu erfassen, eine Solltemperatur für das Wasser im Sekundärkreis vorzugeben und eine im Sekundärkreis liegende Pumpe im Sinne eines Soll-Istwertabglelches der Temperatur im Sekundärstrom in ihrer Drehzahl zu regeln.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art, mit deren
Hilfe eine gegenüber der bisherigen Ausführung genauere, wenig trägheitsbehaftete und insgesamt einen günstigeren Wirkungsgrad ergebende Gesamtregelung ermöglicht wird und bei der vor allem weitgehend trägheitslos nur die tatsächlich benötigte Wärmeenergie erzeugt wird, so dass Verluste im Erzeuger- und Speicherbetrieb weitgehend verhindert werden.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Regeleinrichtung einen Rechner aufweist, der nach Kenndaten für die bzw. jede Heizungsgruppe und den von dieser Heizungsgruppe beheizten Raum programmierbar ist, aus den über die Fühler ermittelten Parametern Aussentemperatur und Raumtemperatur die momentan erforderliche Gesamtheizleistung und die erforderliche Heizleistung für die jeweilige Heizungsgruppe ermittelt, über die Regeleinrichtung die jeweilige bzw. mittlere Heizleistung des Heizungskessels nach dem ermittelten Heizleistungsbedarf der Heizungsgruppe bzw.
-gruppen einregelt und die Abgabe der erforderlichen Heizleistung für jede Heizungsgruppe, wie an sich bekannt, unter Vorgabe einer von der Aussen- bzw. Raumtemperatur abhängigen Vorlauftemperatur oder einer von den Betriebsbedingungen des Heizungskessels abhängigen Rücklauftemperatur über den Massendurchsatz des Warmwassers und Einregelung der Rücklauf- bzw. Vorlauftemperatur auf einen Vorgabewert durch Drehzahlregelung der Pumpe oder periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe unter Regelung des Arbeits- Pausenverhältnisses oder über das Regulierventil regelt.
Das Produkt aus Massestrom und Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur entspricht direkt der Heizleistung in einem Heizkreis bzw. einer Heizungsgruppe. Durch Ermittlung der Summe der benötigten Heizleistungen und unmittelbare Regelung der jeweiligen bzw. mittleren Heizleistung des Heizungskessels nach diesem Wert wird erreicht, dass die Heizleistung sofort bei Bedarf zur Verfügung steht und nur soviel Heizleistung verbraucht wird, als tatsächlich benötigt wird. Dabei kann bei einem vorhandenen Speicher oder bei mehreren Wärmequellen erzielt werden, dass z. B. ein Brenner nur zur Abdeckung der Leistungsspitzen eingeschaltet werden muss, die weitere Heizleistung aber z. B. aus Solaranlagen oder Speichern entnommen werden kann.
Die Energiezufuhr setzt bereits ein, wenn ein erhöhter Leistungsbedarf festgestellt wurde und es ist zusätzlich möglich, die Regelung der Heizleistung des Brenners so vorzunehmen, dass der Kessel im Bereich seines günstigsten Wirkungsgrades betrieben werden kann.
Bei den meisten Heizungen wird man die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur oder der gewünschten Raumtemperatur vorgeben und die Regelung auf den vorberechneten Wert der Rücklauftemperatur durch Einstellung des Massestromes vornehmen. In Sonderfällen kann aber auch ein besonderer Verlauf der Rücklauftemperatur gewünscht bzw. gefordert werden. Dies gilt insbesondere für sogenannte Brennwertkessel, die nach dem Kondensationsprinzip arbeiten. Dabei werden die Verbrennungsgase zumindest im Teillastbereich der Heizungsanlage durch das Heizungswasser unter den Taupunkt abgekühlt, um sensible und latente Wärme möglichst vollständig zu nützen.
Für solche Heizungen wird zumindest für den Teillastbereich bei der erfindungsgemässen Ausführung ein niedriger Wert der Durchlauftemperatur vorgegeben und es wird dazu auf Grund der momentan erforderlichen Heizleistung die erforderliche Vorlauftemperatur berechnet und über den Massendurchsatz des Heizungswassers eingeregelt. Die Anlage kann noch zur exakten Bestimmung des Massendurchsatzes durch einen wieder mit dem Rechner verbundenen Durchflusszähler ergänzt werden, wobei die Messwerte des Zählers für die Drehzahlre- gelung der Pumpe oder die Einstellung eines Regelventils herangezogen werden.
Für die Programmierung des Rechners können die bei der Auslegung der Heizung bereits bestimmten oder erfassten Parameter für den Raum bzw. die Raumgruppe jedes Heizungskreises herangezogen werden, so dass der Rechner für jede Aussentemperatur und jede gewünschte Raumtemperatur einen Vorgabewert für die Heizleistung und damit bei der erfindungsgemässen Ausführung die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur ermitteln kann. Es ist aber auch möglich, Parameter für den Heizleistungsbedarf der einzelnen Heizungsgruppen empirisch zu ermitteln und dem Rechner einzugeben. Bei einer solchen empirischen Ermittlung kann beispielsweise die Vorlauftemperatur abhängig von der Aussentemperatur eingestellt und bei konstant gehaltenem Massendurchsatz des Warmwassers die Erhöhung der Raumtemperatur nach einer bestimmten Zeitspanne gemessen werden.
Aus mehreren solchen Messungen lässt sich bei entsprechend programmiertem Rechner problemlos der Heizleistungsbedarf für die jeweilige Heizungsgruppe berechnen und speichern. Mit der Annäherung der erreichten Raumtemperatur an die eingestellte
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oder vorgewählte Raumtemperatur kann die Heizleistung z. B. nach einer im Rechner programmierten Kurve rechtzeitig auf den Erhaltungswert für die Raumtemperatur abgesenkt werden. Insgesamt gesehen wird gegenüber der bekannten Ausführung eine wesentlich weniger trägheitsbehaftete und dabei genauere
Regelung und damit Einstellung der jeweils gewünschten Raumtemperatur erreicht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 eine mit einer erfindungsgemässen Regeleinrichtung ausgestattete Warmwasser-Zentralheizungsanlage im Schema, Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer aussentemperaturabhängigen Regelung beim Stand der Technik, Fig. 3 ein entsprechendes Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgedankens bei der einen Art der Regelung und Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgedankens bei einer anderen Art der Regelung.
Nach Fig. 1 ist ein Heizungskessel 1 vorgesehen, der mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen bzw. elektrischen Heizkörpern betrieben werden kann und zugleich einen Warmwasserspeicher für die Heizung bildet. Vom Heizungskessel 1 führen je eine Vorlaufleitung 2 und eine Rücklaufleitung 3 zu einer In Form eines Einzelverbrauchers 4 veranschaulichten Heizungsgruppe. In der Vorlaufleitung 2 liegt ein Mischventil 5, das über eine Kurzschlussleitung 6 auch mit der Rücklaufleitung 3 verbunden ist und daher dem Zweig 2a der Vorlaufleitung Warmwasser mit einer durch das Mischungsverhältnis bestimmten Temperatur zuführt.
In weiterer Folge liegt in der Vorlaufleitung 2a eine Umwälzpumpe 7, deren Drehzahl geregelt werden kann, so dass die Masse der in der Zeiteinheit dem Heizkörper 4 zugeführten Warmwassermenge vorbestimmt wird.
Die Regeleinrichtung besitzt einen mit einer Steuereinheit kombinierten Rechner 8, der mit Fühlern 9 bis 12 für die Aussentemperatur, die Raumtemperatur, die Vorlauftemperatur in dem zum Heizkörper 4 führenden Zweig und die Rücklauftemperatur hinter der Heizungsgruppe 4 versehen ist. Bei mehreren Heizungsgruppen wird man für jede dieser Heizungsgruppen zumindest eigene Raumtemperaturfühler 10 und Vor- und Rücklauftemperaturfühler 11,12 sowie vorzugsweise auch eine eigene Pumpe 7 verwenden.
Zusätzlich kann in der Vorlaufleitung oder auch in der Vorlaufleitung jeder Heizungsgruppe ein mit dem Rechner 8 verbundener Durchflusszähler angeordnet sein.
Der Rechner der Regeleinrichtung 8 ist mit Kenndaten für die Heizungsgruppe 4 bzw. jede einzelne Heizungsgruppe bei mehreren Heizungsgruppen und die von ihnen beheizten Räume programmierbar und errechnet nach Massgabe der Messdaten des Aussentemperaturfühlers 9 und des Raumtemperaturfühlers 10 für die bzw. jede Heizungsgruppe 4 die momentan erforderliche Heizleistung. Nach der mit Fühlern 9 ermittelten Aussentemperatur stellt der Regler 8 bei der einen möglichen Art der Regelung über das Mischventil 5 die Vorlauftemperatur in dem zu der bzw. den Heizungsgruppen 4 führenden Zweig 2a der Vorlaufleitung 2 ein.
Ferner wird die Drehzahl der Pumpe 7 bzw. bei mehreren Heizungsgruppen 4 jeder Pumpe 7 unter Veränderung des Massenstromes des Warmwassers auf einen vom Rechner der Regeleinrichtung 8 vorgegebenen Sollwert der über den Fühler 12 ermittelten Rücklauftemperatur eingeregelt und damit die Heizungsgruppe 4 auf die vom Rechner festgelegte Heizleistung eingestellt. Bei der anderen Art der Regelung wird ein besonderer Verlauf der Rücklauftemperatur vorgegeben und die Vorlauftemperatur über den Massendurchsatz auf den die notwendige momentan nötige Heizleistung ergebenden Wert eingeregelt.
Durch eine strichlierte Steuerleitung 13 wurde noch angedeutet, dass der Regler 8 auch die Heizleistung des Heizungskessels 1, d. h. des dort vorgesehenen Wärmeerzeugers entsprechend dem Leistungsbedarf der Heizungsgruppe 4 regeln und damit an den momentanen Leistungsbedarf anpassen kann. Sind mehrere Heizungsgruppen vorhanden, dann wird die Heizleistung selbstverständlich nach dem gesamten Leistungsbedarf eingestellt.
In Fig. 2 ist die bisherige Art der Regelung erklärt. Hier sind auf der Abszisse die Aussentemperatur und auf der Ordinate die Vorlauftemperatur eingetragen. Zu jeder über einen Fühler ermittelten Aussentemperatur wird ein bestimmter Wert der Vorlauftemperatur vorgegeben und eingeregelt. Der Massendurchsatz des Warmwassers durch die Heizungsgruppe bleibt im wesentlichen konstant.
Bei der einen erfindungsgemässen Ausführung, die in Fig. 3 erläutert ist, wird ebenfalls eine Vorlauftemperatur, die aber niedriger sein kann als bei emer vergleichbaren bekannten Heizeinrichtung, vorgegeben. In dem Diagramm nach Fig. 3 ist auch ein möglicher Verlauf der Rücklauftemperatur angegeben. Der Abstand zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur ist für die momentane Heizleistung bestimmend. Diese Heizleistung wird mittels des Rechners 8 vorgegeben und durch Angleichung an die definierte Rücklauftemperatur über den durch die Drehzahl der Pumpe 7 bestimmten Massendurchsatz eingeregelt.
Bei der anderen erfindungsgemässen Ausführung, die in Fig. 4 erläutert ist, wird zumindest für einen Teillastbereich, also relativ niedngen Heizleistungsbedarf, ein z. B. konstanter, nlednger Wert der Rücklauf-
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temperatur vorgegeben. Aus dem errechneten Heizleistungsbedarf ergibt sich die benötigte Vorlauftempera- tur, die wieder über den Massendurchsatz eingeregelt wird.
Patentansprüche 1. Regeleinrichtung für Warmwasser-Zentralheizungsanlagen. bei denen wenigstens ein Heizungskessel wenigstens eine Heizungsgruppe über eine Pumpe und bzw. oder ein Regulierventil mit Warmwasser versorgt, wobei Fühler für die Aussentemperatur, die Raumtemperatur und die Vor- und Rücklauftempe- ratur des Warmwassers vorgesehen sind und die Regeleinrichtung die Vorlauftemperatur über die
Heizleistung des Heizungskessels und bzw. oder über das Regulierventil in Abhängigkeit von der Aussen- bzw. Raumtemperatur regelt. dadurch gekennzeichnet, dass die Regelemnchtung (8) einen
Rechner aufweist, der nach Kenndaten für die bzw.
jede Heizungsgruppe (4) und den von dieser
Heizungsgruppe beheizten Raum programmierbar 1St. aus den über die Fühler (9,10) ermittelten
Parametern Aussentemperatur und Raumtemperatur die momentan erforderliche Gesamtheizleistung und die erforderliche Heizleistung für die jeweilige Heizungsgruppe ermittelt, über die Regeleinrichtung (8) die jeweilige bzw. mittlere Heizleistung des Heizungskessels (1) nach dem ermittelten Heizleistung- bedarf der Heizungsgruppe (4) bzw.
-gruppen einregelt und die Abgabe der erforderlichen Heizleistung für jede Heizungsgruppe, wie an sich bekannt, unter Vorgabe einer von der Aussen- bzw. Raumtempera- tur abhängigen Vorlauftemperatur oder einer von den Betriebsbedingungen des Heizungskessels abhängigen Rücklauftemperatur über den Massendurchsatz des Warmwassers und Einregelung der Rücklauf- bzw. Vorlauf- temperatur auf einen Vorgabewert durch Drehzahlregelung der Pumpe (7) oder periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe unter Regelung des arbeits-/Pausenverhältnisses oder über das Regulierventil (5) regelt.
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