CH636944A5

CH636944A5 - Regulating device for a weather-dependent and time programme-controlled flow-temperature control of a heating system

Info

Publication number: CH636944A5
Application number: CH1309778A
Authority: CH
Inventors: Moritz Keller
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1983-06-30
Also published as: SE441312B; DE2937318A1; FR2444900B3; SE7910547L; FR2444900A3; IT1127720B; DE2937318C2; IT7928058A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den mit geringstem Aufwand realisierbaren aussentempe-raturabhängig gesteuerten Heizanlagen wirkt ein Regelgerät direkt auf einen Brenner, der im Ein/Aus-Betrieb die der Aussentemperatur entsprechend geforderte Kesseltemperatur erzeugt. Bei Kleinlast ergeben sich niedrige Kesseltemperaturen und daraus resultierend Kondensatbildung und Korrosion.

Um diesen Zustand mindestens nachts zu verhindern, wird die Heizung nachts ausgeschaltet, was zum Einfrieren exponierter Leitungen in klaren Nächten führen kann.

Ferner kann man zum Vermeiden von Korrosion ein Regelgerät über einen Antrieb auf ein Stellglied einwirken lassen, den Kessel mit einem den Brenner ein- und ausschaltenden Kesselregler dauernd auf Temperatur halten und dem Heizungsvorlauf mehr oder weniger Kesselwasser zumischen. Damit werden die Energieverluste höher, denn der Kessel muss auch dann beheizt werden, wenn der Heizkreis keiner Wärme bedarf. Um dies zu verbessern, ist es bekannt, mit einem zusätzlichen Schalter im Stellglied-Antrieb den Brenner bei geschlossenem Stellglied abzustellen. Dies gibt aber bei einer bestimmten Kleinlast wiederum einen unerwünschten Kurzbetrieb des Brenners mit tiefen Kesseltemperaturen und ist zudem in der Installation aufwendig.

Mit der Zunahme energiebewussten Denkens wird auch dem Abschalten einer Umwälzpumpe, im folgenden Pumpe benannt, in den Betriebspausen mehr Beachtung geschenkt. Das Abschalten kann durch einen Thermostaten im Heizungsvorlauf geschehen, was aufwendig und auch nur dann sinnvoll ist, wenn sich in der Rohranlage eine Schwerkraftzirkulation bei abgestellter Pumpe ergibt. Beim Abstellen der Pumpe besteht zudem erhöhte Einfriergefahr exponierter Radiatoren oder Leitungsstücke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem die Vorlauftemperatur nach der Aussentemperatur zeitprogram-miert regelnden Regelgerät die Raumtemperatur des zu beheizenden Gebäudes während Betriebspausen, das heisst nachts oder während einer Abwesenheit der Bewohner möglichst weit absinken und den Brenner möglichst lange ausgeschaltet zu lassen, ein Einfrieren des Wassers in der Heizanlage aber durch eine vom sowieso vorhandenen Aussenfühler überwachte Frost-schutz-Einrichtung zu verhindern, und gleichzeitig vom gleichen Regelgerät während des Brennerbetriebes die Einhaltung einer Minimalbetriebstemperatur des Kessels zu bewirken.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschema eines Regelgerätes und

Fig. 2 ein Funktionsschema einer zu steuernden Heizanlage.

Ein in der Figur 1 durch eine gestrichelte Linie dargestelltes Regelgerät 15 dient der Regelung der Vorlauf temperatur einer einfachen Heizanlage gemäss der Fig. 2. In dieser bedeutet 1 einen Heizkessel mit einem Ölbrenner 2, fortan kurz Kessel und Brenner benannt. Ein Kesselvorlauf 3 führt über ein Dreiwegventil 4 als Stellglied zu einem Heizungsvorlauf 5. Der hydraulische Kreis ist geschlossen durch die Radiatoren 6, einen Heizungsrücklauf 7 mit einer Umwälzpumpe, kurz Pumpe 8 benannt, sowie durch einen Kesselrücklauf 9. Vom Heizungsrücklauf 7 führt ein den Kessel umgehendes Bypassrohr 10 zum Dreiwegventil 4. Am Kessel 1 und am Heizungsvorlauf 5 befindet sich je ein Temperaturfühler, nämlich ein Kesselfühler 11 und ein Vorlauffühler 12. Ein weiterer Temperaturfühler ist als Aussenfühler 13 der Aussentemperatur ausgesetzt. Das Dreiwegventil 4 wird durch einen Antrieb 14 betätigt. Vorteilhaft ist dies ein thermischer Antrieb.

Das in der Fig. 1 dargestellte Regelgerät 15 umfasst einen Programmgeber 16, der aus einer Schaltuhr und einem Programmschalter bestehen kann, einem Sollwertgeber 17 für die Vorwahl der gewünschten Raumtemperatur und aus einer die Heizkurve bestimmenden Messeinrichtung 18. Diese ist von den Aussen- und Vorlauffühlern 13 bzw. 12 beeinflusst. Eine erste, vom Sollwertgeber 17 und der Messeinrichtung 18 beeinflusste Schalteinrichtung 19 wirkt auf den Antrieb 14 des Drei wegventils

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4. Sie kann dieses im Auf/Zu-Betrieb oder stetig betätigen.

Eine zweite Schalteinrichtung 20 wird sowohl vom Vorlauffühler 12 als auch vom Kesselfühler 11 beeinflusst und hat die Aufgabe, die Kesseltemperatur immer um einen vorbestimmten Betrag gleitend höher zu halten als die Temperatur am Vorlauffühler 12.

Eine dritte Schalteinrichtung 21 dient dazu, den einmal in Betrieb gesetzten Brenner 2 erst dann wieder auszuschalten, wenn die an einem Minimaltemperaturgeber 22 eingestellte Kesseltemperatur erreicht ist.

Schliesslich ist eine vom Programmgeber 16 nur in den Betriebspausen aktivierte Frostschutzeinrichtung 23 vorhanden, die sowohl mit dem Aussenfühler 13 als auch mit einem Sollwertgeber 24 verbunden ist. Der Sollwertgeber 24 dient zum Einstellen derjenigen Aussentemperatur, bei der die Frostschutzeinrichtung 23 ansprechen soll. Die Frostschutzeinrichtung 23 ist über eine Leitung 39 mit dem Programmgeber 16 verbunden und nur wirksam, wenn der Programmgeber 16 die Heizanlage abgestellt, das heisst auf Betriebspause geschaltet hat.

Damit der Brenner 2 ausserhalb von Frostgefahr, das heisst über der am Sollwertgeber 24 eingestellten Aussentemperatur während den Betriebspausen nicht einschaltet, dient ein bistabiles Schaltelement 25, das zwei Steuereingänge 26,27 aufweist. Dessen Schaltkontakt 28 befindet sich in einem Steuerstrompfad 29 des Brenners 2. Das Schaltelement 25 kann ein bistabiles Relais sein oder samt dem Schaltkontakt 28 aus einem mit Halbleitern gebildeten Schaltkreis bestehen.

Der erste Steuereingang 26 ist am Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 angeschlossen. Nur ein Signal am Steuereingang 26 kann das Schaltelement 25 in die den Brennerbetrieb verhindernde Stellung bringen. Der zweite Steuereingang 27 ist vom Signal der Schalteinrichtung 19 an den Antrieb 14 beeinflussbar und ist zu diesem Zweck mit dem Ausgang eines UND-Gliedes 30, das drei Eingänge 31,32,33 hat, verbunden. Der erste Eingang 31 ist an den Ausgang der ersten Schalteinrichtung 19 angeschlossen und wird vom Signal an den Antrieb 14 in solcher Art beeinflusst, dass nur ein das Stellglied 4 wenigstens grösstenteils öffnendes Signal die Brennersperrung aufheben kann.

Der zweite Eingang 32 liegt am Ausgang der zweiten Schalteinrichtung 20 und wird damit von der Kesseltemperatur und der Vorlauftemperatur beeinflusst, während der dritte Eingang 33 ein invertierender Eingang ist, der mit dem ersten Steuereingang 26 des bistabilen Schaltelementes 25 und damit auch mit dem Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 verbunden ist. Vom gleichen Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 aus besteht eine Leitung 34 zur Pumpe 8. Die Leitung 34 dient zum Wiedereinschalten der Pumpe 8 bei Frostgefahr für den Fall, dass die Pumpe 8 zusammen mit dem Brenner 2 in den Betriebspausen vom Programmgeber 16 abgeschaltet wurde.

Ein ODER-Glied 35 bildet mit seinem Ausgang 36 den Steuerstrompfad 29 für die Inbetriebnahme des Brenners 2. Das Potential des Ausganges 36 kann zwei definierte Werte annehmen, von denen der eine den Start des Brenners 2 ermöglicht. Ein erster Eingang 37 des ODER-Gliedes 35 ist wie der zweite Eingang 32 des UND-Gliedes 30 ebenfalls am Ausgang der zweiten Schalteinrichtung angeschlossen, und ein zweiter Eingang 38 des ODER-Gliedes 35 ist mit dem Ausgang der dritten Schalteinrichtung 21 verbunden.

Das beschriebene Regelgerät arbeitet wie folgt:

Die zwei möglichen Stellungen des bistabilen Schaltelementes 25 bzw. seines Schaltkontaktes28 bestimmen grundsätzlich, ob der Brenner 2 während den Betriebspausen der Heizanlage in Betrieb gesetzt werden kann oder nicht. Das Entscheidungsmerkmal dazu ist die Aussentemperatur. Solange diese keine Frostgefahr meldet, wird der Schaltkontakt 28 in den Betriebspausen wie nachfolgend beschrieben geöffnet:

Sobald der Programmgeber 16 die Heizanlage auf Betriebspause schaltet, sei dies durch die Schaltuhr oder vom Programm-

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Schalter her, wird einerseits über die Leitung 39 die Frostschutzeinrichtung 23 aktiviert und gleichzeitig die Pumpe 8 abgeschaltet. Solange die Aussentemperatur über dem am Frostschutz-Sollwertgeber 24 eingestellten Wert von z. B. 2° C liegt, erscheint an der Frostschutzeinrichtung 23 beispielsweise ein Ausgangssignal logisch «1», wodurch die Pumpe 8 ausgeschaltet bleibt und das bistabile Schaltelement 25 in die gezeichnete Stellung mit geöffnetem Schaltkontakt 28 kippt, also einen Betrieb des Brenners 2 verhindert.

Ausserhalb der Betriebspausen, das heisst im normalen Heizbetrieb, beeinflusst die Messeinrichtung 18 die erste Schalteinrichtung 19 derart, dass das Dreiwegventil 4 im Heizungsvorlauf 5 eine der Aussentemperatur entsprechende Temperatur solcher Grösse einreguliert, dass im Wohnraum die gewünschte Temperatur von z.B. 20° C entsteht.

Mit dem Umschalten des Regelgerätes 15 auf Betriebspause wird aber auch der Sollwertgeber 17 so verstellt, dass dann der Messeinrichtung 18 eine Heizkurve zugrunde liegt, die einer Raumtemperatur von etwa 5° C entspricht, was bedeutet, dass bei etwa gleicher oder höherer Aussentemperatur von der Heizung keine Wärme mehr verlangt wird.

Sinkt dagegen die Aussentemperatur unter die 2° C-Grenze, dann kippt die Frostschutzeinrichtung 23 und ihr Ausgangszustand geht auf logisch «0». Dies bewirkt über die Leitung 34 ein Einschalten der Pumpe 8. Das bistabile Schaltelement 25 bleibt vorerst in seiner Stellung. Mit sinkender Temperatur im Heizungsvorlauf 5 und vorausgesetzt, dass die Aussentemperatur nicht mehr als etwa 5° C beträgt, wird sich das Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 19 ändern und das Dreiwegventil 4 beginnt sich zu öffnen, das heisst, den Wasserdurchfluss durch den Kessel 1 zu vergrössern. Mit dem Öffnen des Dreiwegventils 4 wird der Kessel 1 ausgekühlt, womit die zweite Schälteinrichtung 20 Wärme verlangt. Das heisst, deren Ausgangssignal kippt auf logisch «1». Da das Ausgangssignal an der ersten Schalteinrichtung auch logisch «1» ist, liegen jetzt an beiden Eingängen 31 und 32 des UND-Gliedes 30 eine «1» und am invertierenden Eingang 33 eine «0». Damit ändert ihr Ausgangssignal auf logisch «1» und das bistabile Schaltelement 25 wird zurückgestellt. Dessen Schaltkontakt 28 schliesst. Weil wenigstens am ersten Eingang 37 des ODER-Gliedes 35 ein Signal logisch «1» vorhanden ist, weist auch dessen Ausgangsmaterial den logischen Wert «1» auf, was einen Einschaltbefehl für den Brenner 2 bedeutet, der nun anläuft und unabhängig vom Zustand der ersten und zweiten Schalteinrichtung 19 bzw. 20 so lange in Betrieb bleibt, bis die minimal geforderte Kesseltemperatur erreicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Signal am Ausgang der dritten Schalteinrichtung 21 den Wert «0» aufweist und dann beide Eingänge 37 und 38 des ODER-Gliedes 35 auf logisch «0» sind.

Ausserhalb der Betriebspausen wird die Kesseltemperatur in gleicher Weise aufrecht erhalten, und zwar einerseits die am Minimaltemperatur-Geber 22 eingestellte Minimaltemperatur von der dritten Schalteinrichtung 21 aus, und für den Fall, dass die geforderte Vorlauftemperatur höher liegt, wird andererseits der Brenner 2 über die zweite Schalteinrichtung 20 gleitend nach der Vorlauftemperatur ein- und ausgeschaltet.

Wirkt das Signal der ersten Schalteinrichtung 19 auf den Antrieb 14 stetig, dann ist es zweckmässig, in der Zuleitung zum ersten Eingang 31 des UND-Gliedes 30 noch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten Schwellwertschalter einzubauen, der bei etwa 70%iger Öffnung des Stellgliedes 4 kippt, wodurch das Signal am Eingang 31 auf den Wert logisch «1» geht.

Durch die beschriebene Arbeitsweise wird erreicht, dass der Brenner 2 während den Betriebspausen wirklich nur dann eingeschaltet wird, wenn die im Kessel 1 und im Rohrleitungsnetz noch vorhandene Wärme nicht mehr ausreicht, um eine minimale Raumtemperatur von etwa 5° C zu halten. Durch das beschriebene Regelgerät wird es möglich, die Raumtemperatur in den Betriebspausen bis nahe an die Frostgrenze absinken zu lassen,

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ohne dass eine Einfriergefahr in Kauf genommen werden muss. wird der Kessel wenigstens auf seine minimal geforderte Be-Kommt der Brenner aber einmal doch zum Einschalten, dann triebstemperatur aufgeheizt, bis die Frostgefahr vorbei ist.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Regelgerät (15) mit einem Vorlauf- (12) und einem Aussentemperaturfühler (13) für eine witterungsgeführte und zeitprogrammgesteuerte Vorlauftemperaturregelung einer Heizanlage (1,2), bei dem die Heizanlage (1,2) einen brennerbeheizten Kessel (1), einen Wärmeträgerkreislauf (3,5,6,7,9,10) mit einer Umwälzpumpe (8) und ein vom Regelgerät (15) über einen Antrieb ( 14) betätigbares Stellglied (4) zur Beeinflussung des durch den Kessel (1) fliessenden Anteiles der in einem Heizungsvorlauf (5) bzw. Heizungsrücklauf (7) zirkulierenden Menge des Wärmeträgers umfasst, wobei das Regelgerät ( 15) wenigstens eine den Brenner (2) ein- und ausschaltende, von der Kesseltemperatur über einen Kesselfühler (11) beeinflussbare Schalteinrichtung (19,20,21) sowie eine von der Aussentemperatur beeinflussbare, und im zu beheizenden Raum eine Minimaltemperatur gewährleistende Frostschutzeinrichtung (23) in sich ein-schliesst, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerstrompfad (29) für die Inbetriebnahme des Brenners (2) ein bistabiles Schaltelement (25,28) mit zwei Steuereingängen (26,27) vorhanden ist, um ein Einschalten des Brenners (2) während der Dauer von vom Programmgeber (16) bestimmbaren Betriebspausen, in denen keine Frostgefahr besteht, zu verhindern, wobei der erste Steuereingang (26) am Ausgang des nur in den Betriebspausen vom Programmgeber (16) aktivierten Frostschutzeinrichtung (23) angeschlossen ist und das bistabile Schaltelement (25,28) nur von einem Signal an diesem ersten Steuereingang (26) in die den Brennerbetrieb verhindernde Stellung bringbar ist, während der zweite Steuereingang (27) vom Signal der ersten Schalteinrichtung (19) an den Antrieb (14) beeinflussbar ist, so dass nur ein das Stellglied (4) wenigstens grössenteils öffnendes Signal die Brennersperrung aufhebt.

2. Regelgerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Steuereingang (27) des bistabilen Schaltelementes (25) der Ausgang eines UND-Gliedes (30) vorgeschaltet ist, das wenigstens zwei Eingänge (31,32) hat, von denen der erste Eingang (31) am Ausgang der das Signal an den Antrieb (14) liefernden ersten Schalteinrichtung (19) angeschlossen ist, während der zweite Eingang (32) mit dem Ausgang einer vom Kesselfühler (11) und vom Vorlauffühler (12) beeinflussten zweiten Schalteinrichtung (20) verbunden ist, wodurch der Kesselfühler (11) die Kesseltemperatur immer um einen vorbestimmten Betrag gleitend höher hält als die Temperatur am Vorlauffühler (12).

3. Regelgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das UND-Glied (30) einen dritten, invertierenden Eingang (33) aufweist, der mit dem ersten Steuereingang (26) des bistabilen Schaltelementes (25) verbunden ist.

4. Regelgerät nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (36) eines ODER-Gliedes (35) den Steuerstrompfad (29) zum Brenner (2) bildet, und ein erster Eingang (37) des ODER-Gliedes (35) mit dem Ausgang der zweiten Schalteinrichtung (20) verbunden ist und ein zweiter Eingang (38) des ODER-Gliedes (35) an den Ausgang einer eine minimale Kesseltemperatur einhaltenden dritten Schalteinrichtung (21) angeschlossen ist.

5. Regelgerät nach Patentanspruch 1, durch welches in den Betriebspausen die Umwälzpumpe (8) zusammen mit dem Brenner (2) abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass vom Ausgang der Frostschutzeinrichtung (23) eine Leitung (34) zur Umwälzpumpe (8) besteht.