AT403857B

AT403857B - Verfahren zur steuerung einer umlaufpumpe

Info

Publication number: AT403857B
Application number: AT0120295A
Authority: AT
Original assignee: Vaillant Gmbh
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1998-06-25
Also published as: ATA120295A; DE19628707A1; DE19628707C2

Description

ΑΤ 403 857 Β

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Umlaufpumpe bei einem Kombi-Umlauf-Wasserheizer gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei derartigen Kombi-Umlauf-Wasserheizern besteht das Problem, daß die Soll-Temperaturen im Heizwasserkreis und im Brauchwasserkreis erheblich voneinander abweichen können. Bei der Steuerung der Umlaufpumpe nach einer Umlaufphase im Brauchwasserkreis, beispielsweise einer Brauchwasserzapfung, einem Warmstart oder einer Aufheizphase des Brauchwasser-Wärmetauschers, wurde bisher nach folgendem Verfahren vorgegangen: Um die Restwärme zu verteilen, wurde im Anschluß an die Brauchwasserzirkulation während einer Zeitspanne von maximal einer Minute eine Heizwasserzirkulation durchgeführt, falls ein Wärmebedarf in der Heizungsanlage bestand. Hierdurch wurde verhindert, daß bei einem niedrigen Vorlauftemperatur-Soll-Wert für den Heizbetrieb dieser durch die hohe Temperatur am Vorlauftemperaturfühler blockiert wurde.

Dieses Verfahren hat im wesentlichen 3 Nachteile: a) Lag nach Beendigung der Umlaufphase im Brauchwasserkreis noch kein Wärmebedarf im Heizkreis vor oder war der Heizbetrieb durch eine gerätespezifische oder manuell vorgegebene Brennersperre unterbrochen, so fand die Heizwasserzirkulation nicht statt. Das hatte zur Folge, daß ein späterer Wärmebedarf im Heizwasserkreis ignoriert wurde, wenn das Temperaturniveau am Vorlauftemperaturfühler aufgrund der vorangegangenen Umlaufphase im Brauchwasserkreis noch sehr hoch war. Der Heizbetrieb wurde somit blockiert, bis sich das Gerät abgekühlt hatte. b) War nach der Umlaufphase im Brauchwasserkreis die Brennersperrzeit aktiv, so wurde trotzdem bei Wärmebedart die Umlaufphase im Heizwasserkreis eingeleitet. Das führte dazu, daß bei einem erneuten Brauchwasserbetrieb das hohe Temperaturniveau im Brauchwasserkreis erst wieder aufgebaut werden mußte. c) Nach Beendigung einer Brennersperrzeit wurde unabhängig davon, ob während der nur für den Heizbetrieb geltenden Brennersperrzeit eine Umlaufphase im Brauchwasserkreis stattgefunden hat, die Umlaufpumpe erst dann eingeschaltet, wenn die Vorlauftemperatur den theoretischen Soll-Wert für die Befriedigung des Wärmebedarfs unterschritten hatte. Besonders bei relativ langen Brennersperrzeiten ist es jedoch möglich, daß am Einbauort des Vorlauftemperaturfühlers eine andere Temperatur herrscht als im sonstigen hydraulischen System, da die Wärmeabstrahlung keineswegs gleichmäßig erfolgt. Die gemessene Vorlauftemperatur steht somit in keinem Zusammenhang mit der Temperatur im Heizwasserkreis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Ansteuermodus für die Umlaufpumpe anzugeben, der unabhängig von Anfangs- und Randbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Vorgeschichte der Betriebsweise des Kombi-Umlauf-Wasserheizers, eine schnellere Befriedigung des Wärmebedarfs im Heizwasserkreis und eine gleichmäßigere Brauchwassererwärmung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.

Durch die Modifizierung und Erweiterung der Bedingungen für eine Heizkreiszirkulation werden die unter a) bis c) angeführten Fälle mit erfaßt. Nach jeder Umlaufphase im Brauchwasserkreis mit Brennerbetrieb wird eine Heizkreiszirkulation ausgelöst, wenn im Heizkreis Wärmebedarf besteht und die Brennersperrzeit abgelaufen ist. Wird innerhalb einer bestimmten Zeitdauer, die gemäß Anspruch 2 maximal 2 Minuten betragen soll, die Vorlauf-Soll-Temperatur unterschritten, so wird der Brenner sofort in Betrieb genommen. Der Nachteil a) besteht somit nicht mehr. Wurde dagegen die Vorlauf-Soll-Temperatur nicht unterschritten, so wird die Heizkreiszirkulation beendet und kann nur durch erneuten Wärmebedarf im Sinne einer herkömmlichen Regelung neu gestartet werden.

Dadurch, daß die Heizkreiszirkulation nur stattfindet, wenn ein Wärmebedarf vorliegt und die Brennersperrzeit abgelaufen ist, wird das Temperaturniveau nur auf das des Heizwasserkreises abgesenkt, wenn es wirklich notwendig ist. Das bedeutet, daß bei erneutem Brauchwasserbetrieb, der noch innerhalb der Brennersperrzeit erfolgt, das bereits aufgeheizte Wasser im Brauchwasserkreis immer noch zur Verfügung steht. Der Nachteil b) ist folglich beseitigt.

Das im unabhängigen Verfahrensanspruch unter b) genannte Merkmal gewährleistet, daß eine Heizkreiszirkulation auch dann stattfindet, wenn kein Brauchwasserbetrieb vorangegangen ist, sondern nur eine Brennersperrzeit. Auf diese Weise wird eine Vergleichmäßigung der Temperatur im gesamten hydraulischen System des Heizwasserkreises erreicht, so daß die gemessene Vorlauftemperatur tatsächlich ein Maß für den Nachheizbedarf darstellt. Nachteil c) besteht somit auch nicht mehr.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Schaltung beschreibt Anspruch 3, wobei vorteilhatte Realisierungsmöglichkeiten dieser Schaltung in den Ansprüchen 4 bis 6 gekennzeichnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand dreier Figuren näher dargestellt. 2

AT 403 857 B

Es zeigen: Fig. 1 den Prinzipaufbau eines Kombi-Umlauf-Wasserheizers, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Steuerung als Detail der Fig. 1 und Fig. 3 ein Schaltbild einer Zirkulationslogik als Detail der Fig. 2.

Die wesentlichen Bestandteile eines Kombi-Umlauf-Wasserheizers sind ein Wärmeerzeuger 1, der einen Gasbrenner 2 und einen Primärwärmetauscher 3 aufweist, wobei letzterer über eine Vorlaufleitung 4 5 und eine Rücklaufleitung 5 in paralleler Hydraulikschaltung sowohl mit einem Brauchwasserkreis 6 als auch einem Heizwasserkreis 7 verbunden ist. In der Vorlaufleitung 4 ist dabei ein 3-Wege-Ventil 8 angeordnet, welches die Vorlaufleitung 4 alternativ mit dem Brauchwasserkreis 6 oder dem Heizwasserkreis 7 verbindet. Eine Umlaufpumpe 9 ist in der Rücklaufleitung 5 vorgesehen. Zwischen dem 3-Wege-Ventil 8 und der Einmündung in die Rücklaufleitung 5 ist ein Brauchwasser-Wärmetauscher 10 angeordnet, während im w Heizwasserkreis 7 in analoger Anordnung eine Heizungsanlage 11 vorgesehen ist. Der Brauchwasser-Wärmetauscher 10 weist sekundärseitig einen Brauchwassereinlauf 12 mit Brauchwasserschalter 13 und einen Brauchwasserauslauf 14 mit mindestens einer Zapfstelle 15 auf. Weiterhin sind ein Vorlauftemperaturfühler 16, ein Temperaturfühler 17 im Primärkreis des Brauchwasser-Wärmetauschers 10 und ein der Zapfstelle 15 zugeordneter Auslauftemperaturfühler 18 vorgesehen. Der Gasbrenner 2 wird über eine 15' Gaszufuhrleitung 19, in der sich ein Gasmagnetventil 20 befindet, und eine Lufteinlaßöffnung 21 mit brennbarem Gas-Luft-Gemisch gespeist. Die Abgase werden über den Primärwärmetauscher 3 und ein Gebläse 22 in einen Kamin 23 befördert. Das Gasmagnetventil 20, das 3-Wege-Ventil 8 und die Umlaufpumpe 9 werden jeweils über einen Motor 24, 25 und 26 betätigt, welche wiederum über Ansteuerleitungen 27, 28 und 29 mit einer Steuerung 30 verbunden sind. Eingangsseitig ist die Steuerung 30 über 20 Signalleitungen 31, 32 und 33 mit den Temperaturfühlern 16, 17 und 18 sowie über eine Signalleitung 34 mit dem Brauchwasserschalter 13 und einer Signalleitung 35 mit einem der Heizungsanlage 11 zugeordneten Wärmebedarfsfühler 36 verbunden.

Die Funktionsweise der Steuerung 30 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 näher beschrieben, wobei nicht die Ermittlung der Vorlauf-Soll-Temperatur sowie andere Steuerfunktionen, die in herkömmlicher 25 Weise erfolgen sollen, im Mittelpunkt stehen, sondern es geht vorrangig um die Ansteuerung der Umlaufpumpe 9 unter bestimmten Bedingungen.

Die Steuerung 30 ist mit einem Temperaturregler 37 und einer Zirkulationslogik 38 ausgestattet. Der Temperaturregler 37 verarbeitet als Eingangssignale die auf der Signalleitung 31 anstehende Vorlauftemperatur, das Ein/Aus-Signal des Brauchwasserschalters 13 auf der Signalleitung 34 und das auf der Signallei-30 tung 35 anstehende Wärmebedarfssignal der Heizungsanlage 11. Ein Ausgang 39 des Temperaturreglers 37 ist mit dem Motor 24 des Gasmagnetventils 20 sowie über einen Verzweigungspunkt 40 mit der Zirkulationslogik 38 verbunden, und ein eine Brennersperrzeit signalisierender weiterer Ausgang 41 des Temperaturreglers 37 ist ebenfalls auf die Zirkulationslogik 38 geschaltet. Außerdem ist die Zirkulationsiogik 38 eingangsseitig über Verzweigungspunkte 42 und 43 mit der Signalleitung 34 vom Wasserschalter 13 und 35 der Signalleitung 35 vom Wärmebedarfsfühler 36 verbunden. Vom Wasserschalter-Signalleitungs-Verzwei- gungspunkt 42 geht eine dritte Leitung 44 aus, die auf den Motor 25 des 3-Wege-Ventils 8 geführt ist. Ein Umlaufpumpen-Ausgangssignal 45 des Temperaturreglers 37 und ein Umlaufpumpen-Ausgangssignal 46 der Zirkulationslogik 38 bilden die Eingänge eines UND/ODER-Gatters 47, dessen Ausgangssignal 48 den Motor 26 der Umlaufpumpe 9 beaufschlagt. 40 Aus der Schaltung gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Umlaufpumpe 9 angesteuert wird, wenn der Temperaturregler 37 und/oder die Zirkulationsiogik 38 dieses vorgibt. Der erste Fall entspricht der üblichen Betriebsweise, während der zweite Fall quasi eine Überlagerung bedeutet, wodurch die Umlaufpumpe 9 zusätzlich angesteuert wird, falls eine bestimmte Signalkonstellation auf den Eingangsleitungen 39, 41, 34 und 35 der Zirkulationslogik 38 besteht. 45 Diese Signalkonstellation und damit der Aufbau der Zirkulationslogik 38 ist aus Fig. 3 ersichtlich. Die Zirkulationslogik 38 besteht im wesentlichen aus einem Flip-Flop 49 zur dauerhaften Speicherung des auf der Signalleitung 39 anstehenden Brennerzustandssignals und einem ersten UND-Gatter 50, dem auf der Leitung 41 das Brennersperrzeitsignal, auf der Leitung 34 das Wasserschaltersignal und auf der Leitung 35 das Wärmebedarfssignal zugeführt sind, wobei die Ausgangssignale 51 und 52 des Flip-Flop 49 und des so ersten UND-Gatters 50 auf ein zweites UND-Gatter 53 geschaltet sind, dessen Ausgang 54 einen als Monoftop 55 ausgeblldeten Zähler beaufschlagt, an dessen Ausgang wiederum das Umlaufpumpen-Ausgangssignal 46 anliegt. Dieses Umlaufpumpen-Ausgangssignal 46 ist nicht nur dem UND/ODER-Gatter 47 zugeführt, sondern ist auch über eine Rücksetzleitung 56 auf den S-Eingang des Flip-Flop 49 invertierend zurückgeführt. Der Flip-Flop 49 signalisiert dem zweiten UND-Gatter 53, ob seit der letzten 55 über die Rücksetzleitung 56 erfolgten Low-Setzung des Flip-Flop 49 eine Zustandsänderung in den High-Zustand, das heißt eine Brennereinschaltung, erfolgt ist. Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist und gleichzeitig am Ausgang 52 des ersten UND-Gatters 50 ein Signal ansteht, kann das zweite UND-Gatter 53 durchschalten und den Monoflop 55 zu Zählschwingungen anregen, die beispielsweise auf eine Zeitdauer 3

Claims

ΑΤ 403 857 Β von 2 Minuten vorgegeben sind. Nur während dieser 2 Minuten entsteht am Ausgang des Monoflop 55 das Umlaufpumpen-Ausgangssignal 46, welches gemäß Fig. 2 über das ODER/UND-Gatter 47 auf den Motor 26 der Umlaufpumpe 9 durchgeschaltet wird. Der Flip-Flop 49 geht nur in den High-Zustand über, wenn tatsächlich eine Brennereinschaltung, das heißt eine Aufheizung des Brauchwasserkreises, stattgefunden hat. Damit wird der Fall, daß zwar eine Brauchwasserzapfung mit Einschaltung der Umlaufpumpe 9 stattgefunden hat, die gewünschte Auslauftemperatur beziehungsweise Auslaufmenge aber so gering waren, daß eine Nachladung oder Nachheizung des Brauchwasser-Wärmetauschers 10 nicht erforderlich war, zu einer Verhinderung des 2minütigen Nachlaufens der Umlaufpumpe 9 zur Heizkreiszirkulation führt. Auf der anderen Seite speichert der Flip-Flop 49 eine vorangegangene Brennereinschaltung, so daß deren Zeitpunkt für den Umlaufpumpennachlauf irrelevant ist. Bedingung für ein Nachlaufen ist jedoch, daß das invertierte Brennersperrzeitsignal auf der Leitung 41 ansteht, das heißt, daß eine Brennersperrzeit abgelaufen ist, wobei gleichzeitig ein invertiertes Signal auf der Wasserschalter-Signalleitung 34 anstehen muß und ein Wärmebedarfssignal der Heizungsanlage 11 auf der Signalleitung 35. Falls die Brennersperrzeit also noch nicht abgelaufen ist, befindet sich die Zirkulationslogik 38 in einer Art Warteposition, die mit Beendigung der Brennersperrzeit abläuft und zur Pumpenansteuerung führt. Der in der Beschreibungseinleitung unter b) beschriebene Nachteil ist demnach beseitigt. Der Nachteil a) besteht auch nicht mehr, da auch bei einem zeitlichen Abstand zwischen Wärmebedarf im Heizwasserkreis 7 und Beendigung der Umlaufphase im Brauchwasserkreis 6 eine Durchschaltung des ersten UND-Gatters 50 erfolgt, sobald auf der den Wärmebedarf signalisierenden Eingangsieitung 35 ein positives Eingangssignal anliegt. Der Nachteil c) ist beseitigt, da das erste UND-Gatter 50 bei jedem Wärmebedarf und abgelaufener Brennersperrzeit durchschaltet, unabhängig davon, ob vorangehend eine Umlaufphase im Brauchwasserkreis 6 stattgefunden hat oder nicht. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche bei grundsätzlich andersgearteter Ausführung von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch macht. Insbesondere beschränkt sich die Ausführung nicht auf die Realisierung mit diskreten logischen Baugruppen, sondern läßt sich vorteilhaft auch mit programmierter Logik - vorzugsweise unter Verwendung eines Mikrocomputers - realisieren. Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung einer Umlaufpumpe (9) bei einem einen Brenner (2) aufweisenden Kombi-Umlauf-Wasserheizer, der einen Heizwasserkreis (7) mit einer Heizungsanlage und einen Brauchwasserkreis (6) mit einem Brauchwasser-Wärmetauscher (10) aufweist, wobei der Heizwasserkreis (7) und der Brauchwasserkreis (7) über ein 3-Wege-Ventil (8) alternativ mit einer gemeinsamen Vorlaufbeziehungsweise Rücklaufleitung (4 beziehungsweise 5), in der die Umlaufpumpe (9) angeordnet ist, verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) unmittelbar nach jeder Umlaufphase im Brauchwasserkreis (6) das 3-Wege-Ventil (8) umschalten wird und eine Umlaufphase im Heizwasserkreis (7) begonnen wird, wenn - ein Wärmebedarf der Heizungsanlage (11) besteht, - der Brenner (2) während der Umlaufphase im Brauchwasserkreis (6) angesprungen ist und - eine Brennersperrzeit abgelaufen ist und/oder daß b) unmittelbar nach jeder Brennersperrzeit eine Umlaufphase im Heizwasserkreis (7) begonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufphase im Heizwasserkreis (7) auf £ 2 Minuten vorgegeben wird.
3. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung (30) vorgesehen ist, der Eingangssignale (31, 34, 35) von einem Vorlauftemperaturfühler (16), einem Brauchwasserschalter (13) und einem Wärmebedarfsfühler (36), insbesondere einem Raumthermostaten, zugeführt sind, wobei das Eingangssignal (34) des Brauchwasserschalters (13) das 3-Wege-Ventil (8) beaufschlagt und dieses Eingangssignal (34) und die (31, 35) des Vorlauftemperaturfühlers (16) und des Wärmebedarfsfühlers (36) über einen Temperaturregler (37) und eine Zirkulationslogik (38) derart miteinander verknüpft sind, daß Ausgangssignale (39, 48) der Steuerung (30) zur Ansteuerung des Brenners (2) und der Umlaufpumpe (9) abnehmbar sind.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (39) des Temperaturreglers (37) mit einem Brennstoffventil (20/24) und mit der Zirkulationslogik (38) verbunden ist, daß ein 4 AT 403 857 B weiterer, die Brennersperrzeit signalisierender Ausgang (41) des Temperaturreglers (37) sowie der Brauchwasserschalter (13) und der Wärmebedarfsfühler (36) mit der Zirkulationslogik (38) verbunden sind und daß ein Umlaufpumpen-Ausgangssignal (45) des Temperaturreglers (37) und ein Umlaufpum-pen-Ausgangssignal (46) der Zirkulationslogik (38) die Eingänge eines UND/ODER-Gatters (47) bilden, dessen Ausgangssignal (48) zur Ansteuerung der Umlaufpumpe (9) vorgesehen ist.
5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationslogik (38) aus einem Flip-Flop (49), dem das Brenneransteuersignal (39) zugeführt ist, und einem ersten UND-Gatter (50), dem das inverse Brennersperrzeitsignal (41), das inverse Signal (34) des Brauchwasserschalters (13) und das Wärmebedarfssignal (35) zugeführt sind, besteht, wobei die Ausgänge (51 und 52) des Flip-Flop (49) und des ersten UND-Gatters (50) auf ein zweites UND-Gatter (53) geschaltet sind, dessen Ausgang (54) ein Zeitglied, insbesondere einen Monoflop (55), beaufschlagt und wobei das Ausgangssignal (46/56) des Zeitgliedes das Umlaufpumpen-Ausgangssignal (46) der Zirkulationslogik (38) bildet sowie auf einen Rücksetzeingang (S) des Flip-Flop (49) geschaltet ist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor vorgesehen ist. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 5