<Desc/Clms Page number 1>
OCTROOI OP UITVINDING ===================== "Werkwijze voor het bestruen van meerdere warmtebronnen" (Uitvinding van Dieter Stuch, Jürgen Taag) Vennootschap genaamd N. V. COFRABEL 15, rue Golden Hope straat 15 1620 Drogenbos Vorrang : Gebruiksmodel-aanmelding
G 84 34 417.2, 22.111. 1984,
Bondsrepubliek Duitsland op naam van de vennootschap
Joh. Vaillant GmbH u. Co.
<Desc/Clms Page number 2>
Werkwijze voor het besturen van meerdere warmtebronnen.
De uitvinding betreft een werkwijze voor het besturen van meerdere warmtebronnen met trapsgewijze geleverd vermogen aan ten minste één warmteopnemend verbruikstoestel en de regeling van een temperatuur in het circuit tussen de warmtebron en het verbruikstoestel of een hiervan afgeleide temperatuur.
Onder warmtebronnen wordt hier verstaan alle soorten warmte-voortbrengende warmtetoestellen zoals ketels of circulatiewaterverwarmingstoestellen voor het voeden van centrale verwarmingsinstallaties met radiatoren, convectoren of vloerverwarming of de componenten hiervan, respectievelijk warmtepompen, terwijl onder verbruikstoestellen de zoeven genoemde radiatoren, convectoren of vloerbodemverwarmingsinrichtingen worden verstaan, alsook verbruikswaterbereiders, die hetzij volgens de doorstroomwerkingswijze, hetzij volgens de accumulatorwerkingswijze werken. Ook de verwarming van de warmtebronnen is algemeen te zien, waarbij zowel verwarmingen met olie-of gasbranders als verwarmingen met elektrische stroom in aanmerking komen.
Als regelwerkwijzen komen hier slechts de tweepuntsregelwerkwijzen in aanmerking, waarbij het enerzijds mogelijk is, dat bij meerdere warmtebronnen beide volgens de tweepuntswerkwijze uitgeschakeld en ingeschakeld worden, terwijl het anderzijds ook mogelijk is, dat van een groot aantal op één of meer verbruikstoestellen inwerkende warmtebronnen er enige constant zijn ingeschakeld en slechts één of enkele hiervan in herhalingswerkcycli worden bestuurd.
Wanneer tot nu toe een centrale vormingsinstallatie met een meerketelinstallatie werd bestuurd, bestonden er volgens de stand der techniek twee mogelijkheden van de besturingswerkwijze, namelijk allereerst met één ketel te trachten de installatie te verwarmen tot de temperatuurreferentiewaarde en wanneer dit na verloop van
EMI2.1
een bepaalde tijd niet gebeurde, werden verdere ketels
EMI2.2
bijgeschakeld. Hierbij ontstonden vu gebruiker van het verwarmde gebouw aanzienlijke aanlooptijden totdat de behaaglijkheidstemperatuur bereikt was. Bij de andere A 11 ¯, a 1.
<Desc/Clms Page number 3>
werkwijze werden allereerst alle ketels op de centrale verwarmingsinstallatie geschakeld en na het bereiken van de referentiewaarde van de temperatuur werden meer of minder ketels buiten bedrijf genomen teneinde de temperatuur in stand te houden.
Dit gaat gewoonlijk gepaard met een te grote energieverspilling zodat hoge kosten het gevolg zijn.
De uitvinding heeft ten doel om voor een warmteopnemend verbruikstoestel, ongeacht van welke soort, die door meerdere warmtebronnen, die van verschillende aard kunnen zijn, wordt gevoed, aan te geven met welk zo laag mogelijk aantal warmtebronnen het verbruikstoestel kan worden verwarmd tot op het gewenste temperatuursniveau, op dit temperatuursniveau kan worden gehouden of op een lager temperatuursniveau kan worden gebracht.
Volgens de uitvinding wordt dit oogmerk bij een werkwijze van de bovenbeschreven soort hierdoor bereikt, dat bij het aanwezig zijn van n vermogenstrappen van de warmte (koellbron n-l grenswaarden voor trapomschakelingen worden gevormd en dat de stand van de grenswaarden zelf aanpassend wordt gevarieerd, en dat bij tevoren verschaffen van een referentiewaarde (verwarmingskromme) een als toelaatbaar geziene regelafwijking wordt vastgelegd, bij het overschrijden waarvan een variatie van het juist aan de warmtelevering deelgenomen hebbende aantal energietrappen plaatsvindt.
Verdere uitvoeringen van de werkwijze volgens de uitvinding zijn vastgelegd in de volgconclusies.
De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld zoals weergegeven in de bijbehorende tekeningen. Hierin toont : fig. l een schematische voorstelling van een warmte-installatie, fig. 2 een grafiek van een verwarmingskromme, en fig. 3,4 en 5 werkingsdiagrammen.
Overeenkomstige elementen zijn in de verschillende
EMI3.1
figuren telkens met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.
EMI3.2
De in fig. 1 weergegeven verwarmingsinstallatie bestaat uit een warmtebronzijde 1 en een warmte-opnemende zijde 2, die beide via een voorloopleiding 3 en een terug - i.
<Desc/Clms Page number 4>
loopleiding 4 met elkaar zijn verbonden. De warmtebronzijde 1 heeft meerdere warmtebronnen, waarvan er drie zijn weergegeven, die zijn aangeduid met de verwijzingsgetallen 5,6 en 7. Deze warmtebronnen worden in aan/uit-bedrijf gestuurd en kunnen dezelfde of verschillende vermogens hebben.
Het soort van de warmtebronnen is van geen belang : zij kunnen compressie-of absorptiewarmtepompen, ketels of circulatiewaterverwarmingstoestellen zijn en de warmtebronnen kunnen alle van dezelfde soort of gemengd zijn. Verder is ook de soort verwarming niet van belang : er zouden hierbij in het bijzonder gas-of oliegestookte, doch ook met elektrische stroom verwarmde inrichtingen in aanmerking kunnen komen. Deze warmtebronnen 5,6 en 7 worden geschakeld op verbruikstoestellen 8,9 en 10, waarbij evenwel het aantal verbruikstoestellen naar boven toe niet begrensd is.
De verbruikstoestellen kunnen bestaan uit hetzij enkele, hetzij een groot aantal radiatoren of convectoren, terwijl verder ook vloerverwarming of verwarmingscomponenten in aanmerking komen en verbruikswateraccumulatoren. De totale verbruiksinrichting kan dan bestaan uit enkele of uit meerdere soorten samengestelde verbruikstoestellen.
Uit het aantal verbruikstoestellen en de gekozen soort resulteert een bepaalde momentele energiebehoefte, die, over de gehele dag beschouwd, niet constant behoeft te zijn.
De afzonderlijke warmtebronnen 5,6 en 7 zijn hydraulisch parallel geschakeld op de voorloopleiding 3 aangesloten terwijl zij aan de terugloopzijde afsluitbaar zijn door middel van magneetkleppen 11, 12 en 13. De afsluiting wordt tot stand gebracht wanneer een warmtebron niet in bedrijf gaat teneinde het centrale verwarmingswater niet via deze warmtebron onnuttig af te koelen. Evenzo kunnen deverbruikstoestellen in serie zijn geschakeld met binnen gelegen magneetkleppen 14,15 en 16, die worden geopend wanneer het bijbehorende verbruikstoestel in bedrijf zal gaan. Elke magneetklep is voorzien van een
EMI4.1
bijbehorende bedieningsmagneet, welke magneten alle tezamen
EMI4.2
via leidingen 17 zijn verbonden met de centrale besturing en regeleenheid 18.
In de voorloopleiding 3 is een voorlooptemperatuurtaster 19 aangebracht, die via een leiding /tMf.
<Desc/Clms Page number 5>
20 is verbonden met de besturing-en regeleenheid 18 en verder met een circulatiepomp 21. Op de besturing-en regeleenheid is een buitentemperatuurtaster 22 via een leiding 23 als momentele waardegever aangesloten, terwijl is zorggedragen om ten minste één vertrek 24 van het gebouw te voorzien van een kamertemperatuurtaster 25, die via een meetleiding 26 eveneens als momentele waardegever is verbonden met de besturing-en regeleenheid 18.
Er zijn drie referentiewaardegevers 27,28 en 29 aanwezig, waarbij door de referentiewaardegever 27 de referentiewaarde van de voorlooptemperatuur tevoren verschaft wordt.
Dit behoeft geen constante referentiewaarde te zijn, doch kan ook een van de buitentemperatuur afhankelijke geregelde referentiewaarde zijn (verwarmingskromme).
Verder zou hier een verwarmingsprogramma in aanmerking komen, bijvoorbeeld een oplaadverwarmingsprogramma voor een gebruikswateraccumulator. De beide andere referentiewaardegevers 28 en 29 dienen voor het instellen van de schakelhysterese van de tweepuntsregelaar, die deel uitmaakt van de besturing-en regeleenheid 18, respectievelijk voor het instellen van een als toelaatbaar geziene regelafwijking, waarop nog nader zal worden ingegaan.
De werkingswijze van de besturing-en regeleenheid 18 zal nu nader worden uiteengezet aan de hand van fig. 2, die een grafiek toont, waarin op de abscisas de buitentemperatuur in C en op de ordinaatas de voorlooptemperatuurreferentiewaarde, eveneens in C, is voorgesteld.
Het is evenwel ook mogelijk om in plaats van de voorlooptemperatuur de teruglooptemperatuur of een verschiltemperatuur of een anderszins hiervan afgeleide temperatuur als regelgrootheid te beschouwen. In het bijzonder zou hierbij in aanmerking komel de kamertemperatuur of bijvoorbeeld de temperatuur van het in de gebruikswateraccumulator opgezamelde water.
Voor de bedrijfswerkwijze zijn drie mogelijke toestanden te onderscheiden. Allereerst de aanlooptoestand,
EMI5.1
die optreedt wanneer vanuit een verlaagd (nacht) tempera-
EMI5.2
tuursniveau moet worden verwarmd tot een dagtemperatuurniveau, respectievelijk wanneer een verbruikswater-' accumulator moet worden opgeladen, vervolgens een besteml, iri.
<Desc/Clms Page number 6>
digde toestand, waarbij een bestaand temperatuursniveau ten naaste bij in stand gehouden zal worden, en ten slotte een overgangstoestand, die optreedt wanneer van een hoger temperatuursniveau wordt overgegaan naar een verlaagd temperatuursniveau. De overgangstoestand kan zich ook instellen wanneer de navraag om warmte van een verbruikstoestel daalt, bijvoorbeeld na het beëindigen van een accumulatoropwarming wanneer de centrale verwarming zelf nog warmte vereist.
Fig. 2 toont een verwarmingskromme 31 als refe- rentiewaardevoor de regelgrootheid, te weten de voorlooptemperatuur. Wanneer ervan wordt uitgegaan, dat op een bepaald tijdstip vanaf een verlaagd temperatuursniveau moeten worden verwarmd naar een hoger temperatuursniveau, derhalve wanneer de aanlooptoestand optreedt, zullen bij het aanwezig zijn van twee warmtebronnen twee bedrijfstoestanden te onderscheiden zijn, namelijk dat slechts één van de beide warmtebronnen of beide warmtebronnen op de verbruikstoestellen zijn geschakeld. Allereerst moeten beneden het niveau beide-over het algemeen gesprokenalle warmtebronnen op de verbruikstoestellen worden geschakeld, of boven het nivau slechts een deel van de warmtebronnen op de installatie worden geschakeld.
In het gegeven uitvoeringsvoorbeeld wordt deze grenswaarde als buitentemperatuurswaarde vastgesteld en ligt de grenswaarde bij een buitentemperatuur van + IOOC in het punt 32. Dit betekent, dat bij buitentemperatuurswaarden beneden + 10 C beide warmtebronnen zijn ingeschakeld teneinde de verbruikstoestellen op een hoger niveau te brengen, terwijl bij temperaturen hierboven verwarmd wordt met slechts één warmtebron. Het is duidelijk, dat wanneer het aantal inschakelbare warmtebronnen n bedraagt, er n-l grenswaarden tevoren verschaft worden.
Deze grenswaarden worden empirisch tevoren verschaft bij het voor het eerst installeren van een verwarmingsinstallatie en de besturing-en regeleenheid 18 verzamelt deze
EMI6.1
instelbare grenswaarden door middel van de referentiewaardeinsteleenheid 30 en varieert de grenswaarden op grond
EMI6.2
van het zelfaanpassend gedrag. Dit betekent, dat waarden van de besturing-en regeleenheid, die microi i-
<Desc/Clms Page number 7>
processor voor het uitvoeren van deze processen bevat, automatisch worden gevarieerd teneinde een optimum te bereiken. Dit optimum is hierbij zodanig te definiëren, dat getracht wordt om met een minimum aantal warmtebronnen het nagestreefde hogere temperatuursniveau te bereiken.
Bij de tevoren verschafte grensdrempelwaarde 32 behoort dienovereenkomstig het punt 33 op de kromme 31, hetwelk leidt tot een bepaalde referentievoorlooptemperatuur in het punt 34.
Na verloop van een bepaalde tijdsperiode van het aanlopen van de verwarmingsinstallatie wordt een statische toestand bereikt, dat wil zeggen de momentele waarde van de voorlooptemperatuur zal krachtens de werkingswijze van de tweepuntsregeling om de referentiewaarde schommelen.
Wanneer overdag bijvoorbeeld een buitentemperatuur VA van - 130e heerst, zoals aangegeven op de abscisas met punt 35, hetwelk correspondeert met het punt 36 op de verwarmingskromme, zal dit leiden tot een voorlooptemperatuur referentiewaarde van 68 C, corresponderende met het punt 37 op de ordinaatas in fig. 2. Het blijkt, dat de waarden overeenkomende met de punten 36 en 37, liggen in het hysteresisgebied 38, dat begrensd wordt door de beide drempelwaarden 39 en 40. Het gebied tussen de drempelwaarden 39 en 40 correspondeert met het schakelbereik van de tweepuntsregelaar.
Dit betekent, dat bij het dalen van de momentele waarde van de voorlooptemperatuur tot op de onderste drempelwaarde 40 hetzij een geregelde trap van een meertrapswarmtebron wordt ingeschakeld, hetzij een gehele warmtebron wordt ingeschakeld en dat dan wanneer de momentele voorlooptemperatuurwaarde de bovenste drempelwaarde 39 bereikt, de geregelde trap van de warmtebron wordt afgeschakeld. De lijnen 39 en 40 zijn projuctielijnen.
Voor het geval, dat de voorlooptemperatuur beneden de onderste drempelwaarde 40 ligt, betekent dit, dat de regelafwijking van de voorlooptemperatuur niet zal komen samen te vallen met de referentiewaarde. Dit betekent,
EMI7.1
dat de juist zich in bedrijf bevindende warmtebronnen te
EMI7.2
klein zijn met betrekking tot hun warmteafgiftecap Dit betekent, dat moet worden geschakeld naar de volgend grotere trap of dat een verdere trap of m
<Desc/Clms Page number 8>
iteit.warmtebron moet worden bijgeschakeld. Hierbij bestaat de mogelijkheid, dat het minder vermogen van de warmte- bron permanent te klein is of dat slechts door toevallig veroorzaakte verbruikstoestelafwijkingen het normaliter juiste warmtebronvermogen momenteel te klein is.
Teneinde hierbij niet in ieder geval een verdere trap van het warmtebronvermogen bij te schakelen, wordt een verdere, nog als toelaatbaar geziene regelafwijking ingevoerd, die op de hysteresis wordt geschakeld. Dienovereenkomstig wordt de onderste drempelwaarde 40 over de nog als toe- laatbaar geziene verdere regelafwijking 41 verder verlaagd tot de nieuwe drempelwaarde 42. Wanneer de momentele voorlooptemperatuurswaarde dan binnen de verruimde drempelwaarde 40 en de drempelwaarde 39 ligt, wordt de bestaande regelafwjking op de koop toe genomen en wordt aan het in werking zijnde aantal warmtebrontrappen niets veranderd. Wanneer de momentele waarde hieronder ligt, wordt nochtans bijgeschakeld.
Het bijschakelen van de eerstvolgende vermogenstrap kan ook plaatsvinden wanneer na afloop van een uitstelperiode vanaf het beneden de drempelwaarde 42 komen de momentele waarde onder deze drempel 42 ligt. Door de keuze van de grootte van de aan de hysteresis 38 toe te voegen toelaatbare regel- afwijking geldt, dat deze in het algemeen recht even- redig met de hysteresis wordt veranderd, waarbij de grootte van de als toelaatbaar geziene regelafwijking tussen 10 en 30 %, bij voorkeur bij 20 % ligt.
Het is evenwel ook mogelijk om de als toelaatbaar geziene grootte van de regelafwijking niet constant over de buitentemperatuur te laten berekenen, doch met een bepaald bedrag boven de voorlooptemperatuur vast te stellen, bijvoorbeeld v 1 en 3 K. ; '-'voorloop
Hetzelfde doet zich voor wanneer de centrale verwarmingsinstallatie vanuit een momentele voorloop- temperatuur, die boven de drempel 39 ligt, wordt gebracht tot beneden de referentiewaarde.
Wanneer dienovereenkomstig de momentele voorlooptemperatuur boven de bij de drempel-
EMI8.1
waarde 39 opgetelde toelaatbare regelafwijking 43 ligt,
EMI8.2
wordt het aantal warmtebrontrappen verminderd, doc wanneer zij in het gebied tussen de krommen 39 en ligt, ,.
<Desc/Clms Page number 9>
wordt nog geen omschakeling uitgevoerd, daar verondersteld moet worden, dat krachtens toevallig veroorzaakte afwijkingen de warmte-afname van het verbruikstoestel, respectievelijk de verbruikstoestellen momenteel kleiner is. Een afschakelen van warmtebrontrappen tot elke prijs zou anders tot een ongewenst schommelen van de regelaar leiden.
Fig. 3,4 en 5 tonen het verloop van de momentele waarde van de voorlooptemperatuur, voorgesteld met de kromme 44, waarbij op de abscisas de tijd T in minuten en op de ordinaatas de temperatuur v in C is voorgesteld.
Het blijkt, dat de momentele voorlooptemperatuurswaarde schommelt om de referentiewaarde vref overeenkomstig de lijn 45 en wel in het gebied van de hysteresis, tevoren verschaft door de drempelwaarden 39 en 40. Uit fig. 4 blijkt, dat bij een schommelen van de momentele voorlooptemperatuurswaarde tot voorbij de op de drempel 39 gesuperponeerde toelaatbare regelafwijking 49 de afschakelopdracht voor een warmtebron, respectievelijk een warmtebrontrap plaatsvindt.
Fig. 5 toont het mogelijke geval, dat bij een schommelen van de momentele waarde overeenkomstig de kromme 44 tot voorbij de bovenste drempelwaarde 39 van de hysteresis in het punt 46 een wachttijd overeenkomstig de pijllengte 47 tevoren verschaft en afgewacht wordt teneinde na het verloop hiervan opnieuw te testen of de momentele voorlooptemperatuurswaarde nog steeds boven de bovenste drempelwaarde 43 van de hysteresis is. Wanneer dit het geval is, zal van hieruit een afschakelopdracht voor een warmtebrontrap plaatsvinden en alternatief de waarde van de toelaatbare regelafwijking 49, die op de bovenste drempel 39 wordt gesuperponeerd, 3worden verminderd tot nul.
Hierbij is het mogelijk om deze vermindering tevoren te verschaffen volgens een bepaald tijdsprogramma en bij voorkeur maximaal zodanig te laten plaatsvinden, dat de referentiewaarde zodanig wordt verlaagd, dat na
EMI9.1
verloop van de tevoren bepaalde tijdsperiode de bovenste
EMI9.2
drempelwaarde van de hysteresis zonder toelaatbare rege.afwijking correspondeert met de gemiddelde referentiewaarde.
At Bij het bereiken van de afschakeltemperatuur 48 wordt l4
<Desc/Clms Page number 10>
het aantal vermogenstrappen verminderd en worden de drempelwaarden teruggesteld in de begintoestand.
Hierbij wordt evenwel nog opgemerkt, dat de werkwijze niet alleen van toepassing is voor het tot een hoger niveau verwarmen van vertrekken, doch ook kan worden toegepast voor het uitvoeren van een airconditioning of koeling van vertrekken. De bovenbeschreven processen dienen dan uiteraard in tegengestelde zin te worden beschouwd, waarbij de aanlooptoestand correspondeert met het afkoelen van een vertrek. Voor het overige geldt voor de werkwijze hetzelfde.
Verder is het mogelijk om de werkwijzestappen, die aan de hand van fig. 5 voor de wachttijd werden vermeld, ook toe te passen wanneer de momentele voorlooptemperatuurswaarde de onderste drempel-van de inschakelwaarde, derhalve de onderste drempelwaarde 40, verhoogd met de toelaatbare regelafwijking 42, nooit bereikt.
Ook dan kan na verloop van een ingestelde wachttijd de omschakelopdracht plaatsvinden. Teneinde tot een inschakelopdracht te komen, wordt dan de onderste grenswaarde voor het inschakelen spiegelsymmetrisch ten opzichte van fig. 5 verhoogd.