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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Heizungsmodulationssperrzeitsteuerung gemäss dem einleitenden Teil der unabhängigen Ansprüche.
Bekannte Wandheizgeräte werden häufig in den ersten Minuten mit der kleinsten möglichen Teillast betrieben, um lange Betriebszeiten zu gewährleisten und taktenden Betrieb zu vermeiden.
In dieser sogenannten Heizungsmodulationssperrzeit wird der tatsächliche Wärmebedarf ignoriert und stattdessen das Gerät mit Minimallast betrieben. Die Minimallast entspricht der minimal zulässigen Belastung, die sich aus den Rahmenbedingungen für einen stabilen und schadstoffarmen Brennerbetrieb (Vermeidung von Abheben und Rückzünden beim Betrieb mit Grenzgasen) ergeben. Nachteil dieses Verfahren ist, dass bei hohem tatsächlichem Wärmebedarf diesem erst mit entsprechender zeitlicher Verzögerung entsprochen wird, was zu Komforteinbussen führt.
Aus der EP 225 655 A ist ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes bekanntgeworden, bei dem das Mischungsverhältnis zwischen Brennstoff und Luft während der Verbrennungsphase gegenüber der normalen Arbeitsphase variiert werden soll. Insbesondere soll das Brennstoff-Luftverhältnis mit Brennstoff bei Zündung des kalten Brenners angereichert werden. Dies kann sowohl durch eine Erniedrigung des Luftdurchsatzes wie auch durch eine Erhöhung des Brennstoffdurchsatzes geschehen. Es ist nicht daran gedacht, den Gas-/Luftgemischdurchsatz zu variieren, also eine andere Leistungsstufe anzufahren.
Ziel der Erfindung ist es, den eingangs geschilderten Nachteil zu vermeiden und eine frühzeitige, bedarfsgerechte Leistungsanpassung des Gerätes bei gleichzeitig langen Betriebs zeiten seines Brenners zu gewährleisten.
Erfindungsgemäss wird dies durch ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgeräts gemäss den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Durch die vorgeschlagenen Massnahmen wird eine wärmebedarfsgerechte Heizungsmodulationssperrzeit ermöglicht.
Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass der Aufheizvorgang und die damit verbundene Veränderung der Temperatur des Heizsystems während der Startphase bei der Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit berücksichtigt wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass lediglich eine Messung während der Startphase zur Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit notwendig ist.
Gemäss den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt sich in eigenständig erfinderischer Weise ein vereinfachtes Verfahren, bei dem die Heizungsmodulationssperrzeit nicht kontinuierlich, sondern schrittweise verändert wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, dass bei dem vereinfachten Verfahren gemäss Anspruch 4 der Aufheizvorgang und die damit verbundene Veränderung der Temperatur des Heizsystems während der Startphase bei der Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit berücksichtigt wird.
Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, dass bei dem vereinfachten Verfahren gemäss Anspruch 4 lediglich eine Messung während der Startphase zur Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit notwendig ist.
Der Modulationssollwert MSW ist ein Mass für die erforderliche Heizleistung und gibt einen entsprechenden Sollwert vor. Das Maximum entspricht der Nennlast, das Minimum der Minimallast.
Der Modulationssollwert MSW errechnet sich wie folgt :
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Hierbei sind Ca, C2, und C3 Konstanten, die zumeist im Laborbetrieb für den vorteilhaften Be-
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Temperatur des Heizkreislaufs, wobei es sich sowohl um eine Vorlauf-, als auch Rücklauftemperaturregelung handeln kann. k ist die Summe der Regelabweichungen des PI-Reglers.
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Eine Veränderung der Taktrate beim Ermitteln der Regelabweichung bedingt eine entsprechende Veränderung der Konstanten.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Heizgerätes, mit dem das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann,
Fig. 2 den Verlauf des Modulationswertes,
Fig. 3 ein Flussdiagramm für ein erfindungsgemässes Verfahren,
Fig. 4 einen möglichen Zusammenhang zwischen dem durchschnittlichen Modualtionssollwert und der Heizungsmodulationssperrzeit,
Fig. 5 beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Modulationssollwertes und des Modulationsvorgabewertes sowie die Messpunkte zur Bestimmung der Heizungsmodulationssperrzeit und
Fig. 6 ein weiteres Flussdiagramm für ein erfindungsgemässes Verfahren.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Heizgerätes, bei dem das erfindungsgemässe Verfahren angewendet wird, dargestellt. Das Heizgerät 27 verfügt über einen Brenner 14, der mit einem Gebläse 16 verbunden ist. Auf der Saugseite 29 des Gebläses 16 befinden sich ein Lufteinlass 18 und eine Gasarmatur 17, die wiederum an einen Gasanschluss 19 angeschlossen ist. Der Brenner 14 befindet sich in einem Brennraum 28, der durch einen Wärmeaustauscher 15 von einem Abgasaustritt 30 getrennt ist. Der Wärmeaustauscher 15 ist auf der einen Seite mit einer Rücklaufleitung 23 und auf der anderen Seite mit einer Vorlaufleitung 22 verbunden. In der Vorlaufleitung 22 befindet sich ein Temperatursensor 24, der wiederum mit einem Regelgerät 21 verbunden ist.
Dieses Regelgerät 21 verfügt über ein Speichermodul 25 und ein Rechenmodul 26. Die Regelung 21 ist mit einem Motor 20, der das Gebläse 16 antreibt, einer Zündelektrode 31 und einer Überwachungselektrode 32 unmittelbar am Brenner 14 verbunden.
Beim Start des Heizgerätes steuert zunächst das Regelgerät 21 den Motor 20 des Gebläses 16 so an, dass das Gebläse einen definierten Volumenstrom fördert. Die Gasarmatur 17 passt einen bestimmten Brenngasstrom über ihren integrierten Gas-Luft-Verbund an den Volumenstrom, den das Gebläse 16 fördert, an. Dieser Brenngasstrom ist kleiner als der Brenngasstrom bei Nennlast und grösser als der Brenngasstrom bei Minimallast. Die Regelung 21 veranlasst, dass ein Funken zwischen den Elektroden der Zündelektrode 31 das Brenngas-Luft-Gemisch, das aus dem Brenner 31 austritt, zündet. Sobald die Überwachungselektrode 31 die Flamme erkennt, reduziert die Regelung 21 die Gebläsedrehzahl soweit, bis die Gasarmatur 17 den minimal zulässigen Gasdurchsatz fördert. Nun wird die Heizungsmodulationssperrzeit ermittelt.
Hierzu erfasst der Temperatursensor 24 die Vorlauftemperatur und gibt sein Signal an die Regelung 21 weiter. Mittels des Speichermodul 25 und des Rechenmodul 26 ermittelt die Regelung 21 die Heizungsmodulationssperrzeit. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten : So wird einerseits der Modulationssollwert zu einem bestimmten Zeitpunkt oder der durchschnittliche Modulationssollwert aus einer Reihe von Messungen zu bestimmten Zeitpunkten ermittelt. Dem so ermittelten Wert wird mittels einer stetigen Funktion eine bestimmte Heizungsmodulationssperrzeit zugewiesen oder-gemäss eines anderen Zuweisungsverfahrens-durch einen Vergleich mit einem Grenzwert eine bestimmte kurze oder eine bestimmte längere Heizungs modulationssperrzeit zugeteilt.
Nach Ablauf der ermittelten Heizungsmodulationssperrzeit steuert die Regelung 21 den Motor 20 des Gebläses 16 bedarfsgerecht an, wodurch die Gasarmatur selbsttätig den notwendigen Brenngasdurchsatz anpasst. Hierdurch wird die Geräteleistung der Wärmeanforderung angepasst.
Fig. 2 zeigt den Modulationssollwert für zwei verschiedene Leistungsanforderungen gemäss dem Stand der Technik bzw. dem erfindungsgemässen Verfahren. Bei einer Leistungsanforderung wird gemäss dem Stand der Technik zunächst der Brenner mit einer bestimmten Modulationslast Mstart gestartet. Ist der Brenner sicher gestartet, was in der Regel durch die Messung eines lonisationsstroms in der Flamme festgestellt wird, so wird die Brennerbelastung anschliessend (Zeitpunkt to) auf eine Minimallast Mmln reduziert und während der Modulationssperrzeit 1 (bis zum Zeitpunkt to) der Brenner mit dieser Minimallast Mm, n betrieben. Danach entspricht die Last der Modulationsanforderung.
Bei sehr hohem Modulationssollwert (durchgezogene Linie 1) wird das Gerät mit maximaler Leistung betrieben ; dies entspricht dem maximalen Modulationssollwert Mmax.
Bei einem erfindungsgemässen Verfahren zur Anpassung der Heizungsmodulationssperrzeit wird bei der gleichen Wärmeanforderung und entsprechendem Modulationssollwert die Modulaionssperrzeit bereits nach einer kürzeren Modulationssperrzeit 3 (Zeitpunkt ) beendet und das
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Gerät anschliessend mit maximaler Leistung und entsprechendem Modulationssollwert Mmax betrie- ben (strich-punktierte Linie 3). Bei einem etwas geringeren Modulationssollwert wird die entsprechende Modulationssperrzeit 2 zu einem Zeitpunkt t2 (t1 > t2 > t3) beendet und das Gerät mit Teillast (Modulationssollwert M2) betrieben (gestrichelte Linie 2).
Fig. 3 zeigt das Flussdiagramm für ein erfindungsgemässes Verfahren zur Verkürzung der Heizungsmodulationssperrzeit. Hierbei werden zu bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkten n mal der Modulationssollwert bestimmt und erfasst. Aus diesen n Werten wird der Durchschnitt gebildet. Ist der Mittelwert grösser als ein bestimmter Schwellwert (d. h. grosse Wärmeanforderung), so wird eine kurze, vorgegebene Heizungsmodulationssperrzeit (in diesem Fall 1 Minute), ansonsten eine längere, vorgegebene Heizungsmodulationssperrzeit Heizungsmodulationssperrzeit (in diesem Fall 2 Minuten) verwendet.
Eine weitere erfindungsgemässe Variante zur Bestimmung der Heizungsmodulationssperrzeit ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hier werden zunächst n Werte des Modulationssollwerts zu bestimmten Zeitpunkten aufgenommen und anschliessend der Mittelwert gebildet. Anhand diese Mittelwertes wird aus einem linearen Zusammenhang (gemäss Funktion 4) die Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt.
Fig. 5 zeigt für eine Variante des erfindungsgemässen Verfahrens den Zusammenhang zwischen den Messungen und der Modulation. Die Linie 5 entspricht dem jeweils errechneten Modulationssollwert in Abhängigkeit von der Zeit. Die Linie 6 entspricht dem Modulationsvorgabewert. Zu den Zeitpunkten t7 bis t12 wird jeweils der Modulationssollwert (7,8, 9,10, 11 und 12) bestimmt : Aus diesen Werten wird der Mittelwert gebildet und entsprechend die Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt, so dass nach Ablauf der Heizungsmodulationssperrzeit zum Zeitpunkt Ìrv1 die Belastung von der Minimallast auf den Sollwert gesteigert wird.
Es besteht gemäss Fig. 5 jedoch auch die Möglichkeit, nur zu einem bestimmten Zeitpunkt t13 einen bestimmten Modulationssollwert 13 zu bestimmen und hieraus die Heizungsmodulationssperrzeit zu bestimmen. Das Flussdiagramm hierzu ist in Fig. 6 dargestellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27), das einen Wärmeaustauscher (15) aufweist, der von einem Brenner (14) beheizt ist dessen Brennstoffdurchsatz variierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (14) bei Inbetriebnahme des Heizgerätes (27) unter Zuführung eines mittleren Gasdurchsatzes gezündet wird und dieser Gasdurc h- satz anschliessend nach erfolgter Zündung auf einen Kleinstdurchsatz für eine festlegbare
Heizungsmodulationssperrzeit gehalten wird, die mit der Massgabe variierbar ist, dass sie umso mehr verkürzt wird, je höher der für die Befriedigung des angeforderten Wärme- bedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz gegenüber dem Kleinstdurchsatz liegt.