CH641889A5

CH641889A5 - HEATING SYSTEM.

Info

Publication number: CH641889A5
Application number: CH86580A
Authority: CH
Inventors: Milos Dyntar
Original assignee: Landis & Gyr Ag
Priority date: 1980-02-04
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1984-03-15
Also published as: SE442907B; GB2068601A; FR2475192A1; FR2475192B1; DE3005209C2; DE3005209A1; GB2068601B; SE8100760L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsanlage, bestehend unter anderem aus einem Mischventil, einem Stellmotor, einem Regelverstärker, einem Aussen-Temperaturfühler, einem Heizkurven-Einsteller und einer Umwälzpumpe bzw. einer Umwälzpumpen-Gruppe. The invention relates to a heating system consisting, among other things, of a mixing valve, a servomotor, a control amplifier, an outside temperature sensor, a heating curve adjuster and a circulation pump or a circulation pump group.

Eine derartige Anordnung bei Zentralheizungen für z.B. Mehrfamilienhäuser ist üblich und bekannt. Such an arrangement in central heating for e.g. Apartment buildings are common and well known.

Aufgabe und Lösung Task and solution

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verlustenergie der Heizungsanlage und insbesondere der Umwälzpumpe bzw. der Umwälzpumpen-Gruppe, bei Heizungsanlagen ab zirka 20 kW und mehr Anlagenleistung zu vermindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Erfindung bringt den Vorteil, dass bei Verwendung nur eines einzigen Reglers jede Umwälzpumpe jeweils in ihrem Nennarbeitsgebiet betrieben wird und so den günstigen Wirkungsgrad hat. The invention is based, to reduce the energy loss of the heating system and in particular the circulation pump or the circulation pump group, in heating systems from about 20 kW and more system power the task. This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of patent claim 1. The invention has the advantage that if only a single controller is used, each circulation pump is operated in its nominal working area and thus has the favorable efficiency.

Beschreibung des Schaltungsaufbaues Description of the circuit structure

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer zweistufigen Umwälzpumpe ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Zeichnungsfigur zeigt ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäs-sen Heizungsanlage, bei der die Umschaltung der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Gebäude-Aussentemperatur gesteuert wird. An embodiment of the invention with a two-stage circulation pump is shown in the drawing and will be described in more detail below. The only drawing figure shows a basic circuit diagram of a heating system according to the invention, in which the switching of the circulation pump is controlled as a function of the outside temperature of the building.

Die Heizungsanlage eines Gebäudes 1 besteht aus einem Heizkessel 2, einer Vorlauf-Wasserleitung 3 mit einem Mischventil 4 und einer Umwälzpumpe 5, n Heizkörpern Hi bis Hn und einer Rücklauf-Wasserleitung 6, wobei das Mischventil 4 ebenfalls über einen Bypass 7 direkt mit der Rücklauf-Was-serleitung 6 verbunden ist. Das Mischventil 4 besitzt einen Stellmotor 8, welcher von einem Regelverstärker 9 gespeist wird, der seinerseits einen Sollwert- und einen Istwerteingang besitzt. The heating system of a building 1 consists of a boiler 2, a supply water pipe 3 with a mixing valve 4 and a circulating pump 5, n radiators Hi to Hn and a return water pipe 6, the mixing valve 4 also having a bypass 7 directly with the return -What ser line 6 is connected. The mixing valve 4 has a servomotor 8, which is fed by a control amplifier 9, which in turn has a setpoint and an actual value input.

Ein Temperaturmesswert eines ausserhalb des Gebäudes 1 installierten Aussen-Temperaturfühlers 10 erreicht über einen ersten Temperatur-Spannungs-Wandler 11 einen Heizkurven-Einsteller 12, dessen Ausgang seinerseits mit dem Sollwerteingang des Regelverstärkers 9 verbunden ist. Ein Vorlauf-Temperaturfühler 13 und ein Rücklauf-Temperatur-fühler 14 sind beide elektrisch in Serie geschaltet und bestehen vorzugsweise aus PTC-Widerständen (Positive temperature coefficient). Ein Summenmesswert der beiden Temperaturfühler 13 und 14 erreicht über einen zweiten Temperatur-Spannungs-Wandler 15 den Istwerteingang des Regel Verstärkers 9. A temperature measured value of an outside temperature sensor 10 installed outside the building 1 reaches a heating curve adjuster 12 via a first temperature-voltage converter 11, the output of which is in turn connected to the setpoint input of the control amplifier 9. A flow temperature sensor 13 and a return temperature sensor 14 are both electrically connected in series and preferably consist of PTC (positive temperature coefficient) resistors. A total measured value of the two temperature sensors 13 and 14 reaches the actual value input of the control amplifier 9 via a second temperature-voltage converter 15.

Wie bereits erwähnt, ist die Umwälzpumpe 5 im Beispiel zweistufig, und das Drehzahlumschalt-Steuersignal der Umwälzpumpe 5 wird aus der Gebäude-Aussentemperatur abgeleitet. Das Ausgangssignal des ersten Temperatur-Spannungs-Wandlers 11 steuert dann ausserdem den Eingang eines ersten Schaltverstärkers 16 und eines zweiten Schaltverstärkers 17, wobei die beiden Schaltverstärker 16 und 17 unterschiedliche Eingangs-Schwellwerte besitzen. Das Ausgangssignal des ersten Schaltverstärkers 16 erreicht über ein erstes Hilfsschütz 18 einen ersten elektrischen Eingang der Umwälzpumpe 5 (Drehzahl m) und das Ausgangssignal des zweiten Schaltverstärkers 17 erreicht über ein zweites Hilfsschütz 19 einen zweiten elektrischen Eingang der Umwälzpumpe 5 (Drehzahl m). As already mentioned, the circulation pump 5 has two stages in the example, and the speed change-over control signal of the circulation pump 5 is derived from the outside temperature of the building. The output signal of the first temperature-voltage converter 11 then also controls the input of a first switching amplifier 16 and a second switching amplifier 17, the two switching amplifiers 16 and 17 having different input threshold values. The output signal of the first switching amplifier 16 reaches a first electrical input of the circulation pump 5 (speed m) via a first auxiliary contactor 18 and the output signal of the second switching amplifier 17 reaches a second electrical input of the circulation pump 5 (speed m) via a second auxiliary contactor 19.

Funktionsbeschreibung Functional description

Der Wärmebedarf des Gebäudes 1 und damit die Auslegeleistung seiner Heizungsanlage wird für eine festgelegte, tiefste Aussentemperatur bestimmt. Diese niedrige Aussen-temperatur tritt aber nur an einigen Tagen im Jahr auf und somit hat auch die Heizungsanlage nur während eines kleinen Prozentsatzes der Heizperiode die volle Leistung zu erbringen. In Mitteleuropa kann man damit rechnen, dass die Heizungsanlage im Durchschnitt nur während etwa 8% der Heizperiode mit einer Leistung grösser als 50% der vollen Leistung betrieben werden muss, wobei die Förderleistung der Umwälzpumpe im Mittel während etwa 92% der Heizperiode unterhalb 50% der Maximalwertes liegen könnte. Da jede Maschine, also auch eine Umwälzpumpe, einen bestimmten Wirkungsgradverlauf über den Leistungsbereich hat und der Wirkungsgrad im Teillastgebiet stets niedriger ist als im Auslegepunkt, sollte die Umwälzpumpe 5 zur Wahrung eines guten Wirkungsgrades und damit zur Reduktion ihres Energieverbrauchs während etwa 92% der Heizperiode mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden. Ideal wäre eine fortlaufende Anpassung der Umwälzpumpen-Drehzahl an die Aussentemperatur. Dies bedingt entweder die Verwendung einer Umwälzpumpe 5, deren Drehzahl kontinuierlich oder stufenweise variabel ist, oder die Verwendung mehrerer hydraulisch parallel- oder seriegeschalteter Umwälzpumpen mit konstanten, aber unterschiedlichen Drehzahlen oder Fördermengen. Vor allem die Verwendung einer mehrstufigen Umwälzpumpe 5 ist von grossem technischem Interesse, da diese einerseits den Vorteil einer digitalen Drehzahl-Umschaltsteuerung und anderseits den Vorteil einer günstigen Lagerhaltung durch Reduktion der Pumpenvielfalt bietet. The heating requirement of building 1 and thus the design performance of its heating system is determined for a specified, lowest outside temperature. However, this low outside temperature only occurs on a few days a year and the heating system therefore only has to perform at full capacity during a small percentage of the heating season. In Central Europe, it can be expected that the heating system will only have to be operated with an output greater than 50% of full output on average during around 8% of the heating period, with the delivery rate of the circulation pump being below 50% of the average during around 92% of the heating period Maximum value could be. Since every machine, including a circulation pump, has a certain efficiency curve over the performance range and the efficiency in the partial load area is always lower than at the design point, the circulation pump 5 should help to maintain good efficiency and thus reduce its energy consumption during about 92% of the heating period operate at a lower speed. A continuous adjustment of the circulation pump speed to the outside temperature would be ideal. This requires either the use of a circulation pump 5, the speed of which is continuous or variable in stages, or the use of several hydraulically parallel or series-connected circulation pumps with constant but different speeds or delivery rates. Above all, the use of a multi-stage circulation pump 5 is of great technical interest, since on the one hand this offers the advantage of a digital speed changeover control and on the other hand the advantage of cheap storage by reducing the number of pumps.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

o5 o5

3 3rd

641 889 641 889

Die Umschaltung der Pumpendrehzahl bzw. Förderleistung geschieht in Abhängigkeit von einem der nachfolgenden Parameter; The pump speed or delivery rate is switched as a function of one of the following parameters;

a) einer Zeit t (z.B. Tag-Nacht-Umschaltung mittels Zeituhr), a) a time t (e.g. day / night switching using a timer),

b) einer Pumpenförderhöhe h, b) a pump head h,

c) einer Gebäude-Aussentemperatur TA (z.B. Sommer-Winter-Umschaltung), c) a building outside temperature TA (e.g. summer-winter changeover),

d) einer Heizungs-Vorlauftemperatur THV, d) a heating flow temperature THV,

e) der Differenz zwischen einer Heizungs-Vorlauftempe-ratur und -Rücklauftemperatur (THv-THr) und f) einer Heizkreis-Mittelwerttemperatur Tm bzw. des arithmetischen Mittelwertes (Thv + THr)/2 der Heizungs-Vorlauftemperatur und -Rücklauftemperatur. e) the difference between a heating flow temperature and return temperature (THv-THr) and f) a heating circuit mean temperature Tm or the arithmetic mean (Thv + THr) / 2 of the heating flow temperature and return temperature.

Die grösste Energie-Einsparung bei gleichbleibendem Komfort bringt die Berücksichtigung von b) eventuell für Nachtabsenkung in Verbindung mit a) und für Sommer-Win-ter-Umschaltung in Verbindung mit c). The greatest energy saving with the same level of comfort is taken into account by considering b) possibly for night reduction in connection with a) and for summer-winter changeover in connection with c).

Leider verunmöglicht der sich stark ändernde Heizungs-durchfluss den Einsatz einer einfachen witterungsgeführten (Sollwert = Ta) Vorlauftemperatur-Regelung und bei der Verwendung von zwei- bzw. mehrstufigen Umwälzpumpen mussten bisher zweit bzw. mehrere Regler mit verschiedener Einstellung der Heizkurve verwendet werden. Je nach Pumpe einer Umwälzpumpen-Gruppe bzw. je nach Pumpenstufe ist dann auch der entsprechende Regler zu wählen und in Betrieb zu nehmen. Solche Anlagen sind daher sehr komplex und bedingen einen unerwünscht grossen Aufwand an Bauteilen. Unfortunately, the drastically changing heating flow makes it impossible to use a simple weather-compensated (setpoint = Ta) flow temperature control and when using two-stage or multi-stage circulation pumps, two or more controllers with different settings for the heating curve had to be used. Depending on the pump of a circulation pump group or depending on the pump stage, the appropriate controller must then be selected and put into operation. Such systems are therefore very complex and involve an undesirably large amount of components.

Regelt man jedoch nicht wie bisher üblich die Heizungs-Vorlauftemperatur, sondern die mittlere Radiatortemperatur, so lässt sich die Reglervielfalt vermeiden und es genügt ein einziger Regler, um die Heizungsanlage trotz wechselnder Förderleistung der Umwälzpumpe korrekt zu betreiben. Da die mittlere Radiatortemperatur schwierig zu messen ist und die Heizkreis-Mittelwerttemperatur Tm dieser Radiatortemperatur annähernd entspricht, genügt es statt dieser mittleren Radiatortemperatur den arithmetischen Mittelwert der Heizungs-Vorlauftemperatur und -Rücklauftemperatur (Thv + THr)/2 als Istwert für den Regler zu verwenden. However, if you do not regulate the heating flow temperature as usual, but the mean radiator temperature, you can avoid the variety of controllers and a single controller is sufficient to operate the heating system correctly despite the changing output of the circulation pump. Since the mean radiator temperature is difficult to measure and the heating circuit mean temperature Tm corresponds approximately to this radiator temperature, it is sufficient to use the arithmetic mean of the heating flow temperature and return temperature (Thv + THr) / 2 as the actual value for the controller instead of this mean radiator temperature.

Der Vorlauf-Temperaturfühler 13 misst die Vorlauftemperatur Thv und der Rücklauf-Temperaturfühler 14 die Rücklauftemperatur Thr. Beide Temperaturfühler 13 und 14 enthalten je zwei gleiche, parallelgeschaltete PTC-Widerstände. The flow temperature sensor 13 measures the flow temperature Thv and the return temperature sensor 14 measures the return temperature Thr. Both temperature sensors 13 and 14 each contain two identical PTC resistors connected in parallel.

An Stelle von PTC-Widerständen können natürlich auch andere temperaturabhängige Bauelemente benutzt werden, unter anderem NTC-Widerstände (negative temperature coefficient) oder Thermoelemente. Dadurch bedingt und bedingt 5 durch die Tatsache, dass beide Temperaturfühler 13 und 14 elektrisch in Serie geschaltet sind, erscheint am Ausgang der Serieschaltung der Messwert Tm = (THV + THr)/2, der durch den zweiten Temperatur-Spannungs-Wandler 15 in eine dem Messwert proportionale Spannung IW umgewandelt wird, 10 welche dem Regel Verstärker 9 als Istwert dient. Der arithmetische Mittelwert (THV + THr)/2 kann natürlich auch durch irgend ein anderes Netzwerk temperaturabhängiger Bauelemente gebildet werden, wie z.B. durch eine Parallelschaltung der beiden Temperaturfühler. Die mittels des Aussen-Tempe-15 raturfühlers 10 gemessene Gebäude-Aussentemperatur wird auf übliche und bekannte Art und Weise aufbereitet durch den ersten Temperatur-Spannungswandler 11 (Erzeugung einer der Aussentemperatur proportionalen Spannung) und durch den Heizkurven-Einsteller 12 (Berücksichtigung der 20 Regelkennlinie) und anschliesend als Sollwert SW dem Instead of PTC resistors, other temperature-dependent components can of course also be used, including NTC resistors (negative temperature coefficient) or thermocouples. Due to this and due to the fact that both temperature sensors 13 and 14 are electrically connected in series, the measured value Tm = (THV + THr) / 2 appears at the output of the series circuit, which is converted into one by the second temperature-voltage converter 15 the measured value proportional voltage IW is converted 10, which the amplifier 9 serves as the actual value. The arithmetic mean (THV + THr) / 2 can of course also be formed by any other network of temperature-dependent components, e.g. by connecting the two temperature sensors in parallel. The building outside temperature measured by means of the outside temperature sensor 10 is processed in the usual and known manner by the first temperature-voltage converter 11 (generation of a voltage proportional to the outside temperature) and by the heating curve adjuster 12 (taking into account the 20 control characteristic ) and then as the setpoint SW the

Regelverstärker 9 zugeführt. Der Regelverstärker 9 vergleicht, ob die von den Temperaturfühlern 13 und 14 gemessene Heizkreis-Mittelwerttemperatur Tm = (THv + THR)/2unddie vom Aussen-Temperaturfühler 10 erfasste Gebäude-Aussen-25 temperatur TA der am Heizkurven-Einsteller 12 eingestellten Heizkurve entsprechen. Bei Abweichung verstellt der Regelverstärker 9 mit Hilfe des Stellmotors 8 das Mischventil 4 so weit, dass sich genügend kühleres Wasser aus der Rücklauf-Wasserleitung 6 mit Warmwasser in der Vorlauf-Wasserlei-30 tung 3 mischt, und zwar so lange, bis sich eine der Gebäude-Aussentemperatur zugeordnete Heizkreis-Mittelwerttemperatur Tm ergibt. Control amplifier 9 supplied. The control amplifier 9 compares whether the heating circuit mean temperature Tm = (THv + THR) / 2 measured by the temperature sensors 13 and 14 and the building exterior 25 temperature TA detected by the outside temperature sensor 10 correspond to the heating curve set on the heating curve adjuster 12. In the event of a deviation, the control amplifier 9 adjusts the mixing valve 4 with the aid of the servomotor 8 so that sufficient cooler water from the return water line 6 mixes with hot water in the flow water line 3, until one of the Building outside temperature assigned heating circuit mean temperature Tm results.

Unter Annahme der Verwendung einer zweistufigen Umwälzpumpe 5 und einer mittels der Gebäude-Aussentem-35 peratur TA gesteuerten Pumpendrehzahl-Umschaltung wählt parallel zum Regelvorgang einer der Schaltverstärker 16 bzw. 17 die dem betreffenden Aussentemperatur-Bereich entsprechende Drehzahl m bzw. m der Umwälzpumpe 5 und nimmt mit Hilfe des zugehörigen Hilfsschützes 18 bzw. 19 die 40 Umwälzpumpe 5 mit der günstigsten Drehzahl in Betrieb. Assuming the use of a two-stage circulation pump 5 and a pump speed changeover controlled by the building outside temperature TA, one of the switching amplifiers 16 and 17 selects the speed m or m of the circulation pump 5 and takes the 40 circulation pump 5 into operation at the most favorable speed with the help of the associated auxiliary contactor 18 or 19.

Bei Verwendung einer Umwälzpumpe 5 mit kontinuierlich variabler Drehzahl wird diese Drehzahl in Abhängigkeit von einem aus der Gebäude-Aussentemperatur TA abgeleiteten Sollwert SW kontinuierlich geregelt. When using a circulating pump 5 with a continuously variable speed, this speed is continuously regulated as a function of a setpoint value SW derived from the building outside temperature TA.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

641 889

1.Heating system consisting, among other things, of a mixing valve, a servomotor, a control amplifier, an outside temperature sensor, a heating curve adjuster and a circulating pump or a circulating pump group, characterized in that the actual controller value is an instantaneous heating circuit mean temperature Tm that the speed of the circulation pump (5) or the delivery rate of the circulation pump group can be changed and that this speed or delivery rate of at least one of the parameters building outside temperature TA, heating flow temperature THv, heating circuit mean temperature Tm, difference between heating - Flow temperature THv and heating return temperature THR, pump head h of the circulation pump (5) or the circulation pump group and time t is tracked.

2. Heating system according to claim 1, characterized in that the current heating circuit mean temperature Tm is represented by the arithmetic mean of a heating flow temperature THv and a heating return temperature THr.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Heating system according to claim 2, characterized in that the arithmetic mean value of the heating flow temperature THv and the heating return temperature Thr is formed with the aid of an electrical series connection or parallel connection of a flow temperature sensor (13) and a return temperature sensor (14), each of which consists of two identical, parallel and temperature-dependent resistors.

4. Heating system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circulation pump (5) is multi-stage.

5. Heating system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the circulating pump (5) has a continuously variable speed and this speed is regulated continuously as a function of a setpoint (SW).