DE10057942A1 - Controlling central heating system, involves immediately switching burner again on after switching off if return line temperature falls below defined level or waiting for defined delay period - Google Patents
Controlling central heating system, involves immediately switching burner again on after switching off if return line temperature falls below defined level or waiting for defined delay periodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Zentralheizungsanlage mit einem in einem Heizkreislauf zirkulierenden Wärmeübertragungsmedium, das in einem Kessel von einem Brenner aufgeheizt wird, der nach Art einer Zweipunktregelung ein- und ausgeschalten wird, wobei die Temperatur in dem Vorlauf des Wärmeübertragungsmediums und/oder in dem Heizkessel gemessen und bei Erreichen eines ersten, oberen Temperaturniveaus der Brenner ausgeschalten wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere ohne größeren Aufwand an bestehenden Heizanlagen nachrüstbar sein.The invention is directed to a method and a device for control a central heating system with one circulating in a heating circuit Heat transfer medium that is heated in a boiler by a burner which is switched on and off in the manner of a two-point control, whereby the temperature in the flow of the heat transfer medium and / or in the Boiler measured and when a first, upper temperature level is reached the burner is switched off. The device according to the invention is intended Can be retrofitted to existing heating systems, in particular, without major effort his.
Sämtliche fossilen Brennstoffe sind organischen Ursprungs und daher nur in begrenztem Umfang verfügbar. Die Diskrepanz zwischen einer nicht vermehrbaren Rohstoffmenge einerseits und einem ständig konstanten oder gar steigenden Energiebedarf andererseits führt zu einer immer stärker werdenden Verknappung, die beim Erdöl bereits deutlich spürbar ist und sich für den Endverbraucher bspw. durch eine zunehmende Verteuerung des Heizöls bemerkbar macht. Obzwar daher auf lange Sicht grundsätzlich ein Ersatz für alle fossilen Energieträger gefunden werden muss, kann durch einen möglichst sparsamen Energieverbrauch zumindest der verbleibende Zeitraum möglichst gedehnt werden, um Zeit für die Entwicklung von Anlagen zur Erzeugung von regenerativen Energien zu gewinnen. Ein möglichst sparsamer Einsatz von Heizöl liegt daher nicht nur im Interesse des Einzelnen, sondern hat auch eine erhebliche volkswirtschaftliche Bedeutung. Hierbei sind neben Wärmedämmungsmaßnahmen an den zu heizenden Räumen wie auch im Bereich eines Heizkessels selbst weitere Maßnahmen für eine besonders effektive Verbrennung vorgeschlagen worden. Es zeigt sich jedoch, dass ein erheblicher Wärmeverlust auch an der gesamten Heizungsanlage und hier insbesondere im Bereich der Heizmediumvor- und -rücklaufleitungen stattfindet, indem diese einen nicht unbeträchtlichen Anteil der eingesetzten Energiemenge an völlig unwichtige Bereiche eines Gebäudes wie bspw. Keller, Außenwände, Abstellkammern etc. abgeben. Dies rührt von der dezentralen Anordnung der Heizkörper innerhalb eines Gebäudes her und lässt sich daher grundsätzlich nicht vollständig vermeiden. Jedoch gibt dieser Umstand Anlaß zur Stellung der Aufgabe, die hieraus resultierenden Energieverluste zumindest so niedrig als möglich zu halten.All fossil fuels are of organic origin and therefore only in limited scope available. The discrepancy between one is not increasing amount of raw material on the one hand and a constant or even constant Rising energy requirements, on the other hand, lead to an ever increasing one Shortage that is already clearly noticeable in the oil and is for the End consumers, for example, by increasing the cost of heating oil noticeable. In the long run, therefore, basically a substitute for everyone fossil fuels can be found by one if possible economical energy consumption at least the remaining period if possible be stretched out to allow time for the development of equipment for the production of to gain renewable energies. The most economical use of heating oil is therefore not only in the interest of the individual, but also has a considerable one economic importance. Here are next to Thermal insulation measures on the rooms to be heated as well as in Area of a boiler itself further measures for a particular effective combustion has been proposed. However, it turns out that a considerable heat loss also in the entire heating system and here in particular in the area of the heating medium supply and return lines, by making up a not inconsiderable proportion of the amount of energy used to completely unimportant areas of a building such as cellars, external walls, Deliver storage rooms etc. This is due to the decentralized arrangement of the Radiators in a building and therefore cannot be used avoid completely. However, this fact gives rise to the position of Task, the resulting energy losses at least as low as to keep possible.
Die Lösung dieses Problems gelingt dadurch, dass zum Zeitpunkt des Absinkens der Temperatur Tvor in dem Vorlauf für das Heizmedium oder in dem Heizkessel auf ein zweites, unteres Temperaturniveau TU ein Vergleich der in dem Rücklauf gemessenen Temperatur Trück mit einem vorgegebenen Niveau TG1 vorgenommen wird, und bei Unterschreiten dieses Niveaus der Brenner B sofort eingeschalten wird, während ansonsten ein zusätzliches, zeitmäßig bestimmtes oder bestimmbares Verzögerungszeitintervall τ2 abgewartet wird, bis der Brenner B wieder eingeschalten wird.The solution to this problem is achieved by comparing the temperature T back measured in the return with a predetermined level T G1 at the time the temperature T before in the flow for the heating medium or in the boiler drops to a second, lower temperature level T U is carried out, and if this level is undershot, the burner B is switched on immediately, while otherwise an additional, time-determined or determinable delay time interval τ 2 is waited until the burner B is switched on again.
Um den Komfort der Heizungsanlage nicht zu beeinträchtigen, wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst der Fall der normalen Dauerheizphase, wo ausschließlich die an den Außenwänden eines Gebäudes abgegebenen Wärmeverluste zu regenerieren sind, von der Aufheizphase unterschieden, wo das Gebäude oder zumindest einzelne Teile davon zunächst auf eine angenehme Raumtemperatur aufgeheizt werden müssen. Diese Unterscheidung erfolgt anhand der Rücklauftemperatur des Heizmediums, denn während einer Aufheizphase wird dem Heizkreislauf eine maximale Wärmemenge entzogen, so dass die Temperatur des zurücklaufenden Heizmediums vergleichweise niedrig ist. Damit die betreffenden Räume in einem möglichst kurzen Zeitraum aufgeheizt werden können, wird während einer derartigen Phase auf zusätzliche Energiesparmaßnahmen verzichtet. Sofern sich andererseits die Heizungsanlage in einem weitgehend stabilen Dauerzustand befindet, wird insgesamt nur wenig Energie benötigt, so dass das zurücklaufende Heizmedium noch relativ warm ist. Solchenfalls ist eine hohe Dynamik der Heizung nicht erforderlich, und es können stattdessen Energiesparmaßnahmen ergriffen werden. Hierbei wird eine gegenüber der temperaturmäßigen Anforderung verzögerte Einschaltung des Brenners veranlaßt, so dass einerseits noch eine geringe Abgabe von Restwärme von den Heizkörpern ermöglicht wird, während an den Leitungsrohren die weitere Auskühlrate aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus ohnehin reduziert ist. Durch eine erzwungene weitere Zirkulation des Heizmediums wird dabei versucht, von besonders warmen Stellen der Heizungsanlage gespeicherte Energie abzubauen und stattdessen an kühleren Punkten abzugeben. Da die Verzögerungszeit nicht temperaturgesteuert, sondern intervallartig vorgegeben wird, kann ohne nennenswerte Beeinflussung des oberen und ggf. auch eines mittleren Temperatursollwerts der Heizungsregelung und damit im Idealfall von den betreffenden Personen unerkannt eine Absenkung der Heizungsintensität erzielt werden. Der primäre Auslöser hierbei ist eine Absenkung des über ein Zeitintervall gemittelten Temperaturwertes in der Heizungsanlage, ohne jedoch die maximale Aufheiztemperatur und damit einen für das Wohlbehagen der die betreffenden Räume bewohnenden Personen entscheidenden Parameter zu verändern. Hierbei ist die Länge des Verzögerungszeitintervalls τ2 weitgehend abhängig von individuellen Besonderheiten des zu beheizenden Gebäudes im Allgemeinen und der Heizungsanlage im Besonderen. Dieses Verzögerungszeitintervall kann daher individuell vorgewählt oder nach einem individuell beeinflußbaren Muster berechnet werden.In order not to impair the comfort of the heating system, a distinction is first made in the context of the method according to the invention in the case of the normal continuous heating phase, where only the heat losses emitted on the outer walls of a building are to be regenerated, from the heating phase, where the building or at least individual parts thereof first must be heated to a comfortable room temperature. This distinction is made on the basis of the return temperature of the heating medium, because a maximum amount of heat is extracted from the heating circuit during a heating phase, so that the temperature of the returning heating medium is comparatively low. So that the rooms in question can be heated up in the shortest possible time, additional energy-saving measures are dispensed with during such a phase. If, on the other hand, the heating system is in a largely stable, permanent state, only a small amount of energy is required overall, so that the returning heating medium is relatively warm. In this case, a high dynamic of the heating is not necessary and energy saving measures can be taken instead. In this case, the burner is switched on with a delay compared to the temperature requirement, so that on the one hand a small amount of residual heat is still released from the radiators, while the further cooling rate on the conduit pipes is reduced anyway due to the low temperature level. By forced further circulation of the heating medium, an attempt is made to dissipate stored energy from particularly warm places in the heating system and instead to release it at cooler points. Since the delay time is not temperature-controlled, but is specified in intervals, the heating intensity can be reduced without appreciably influencing the upper and possibly also an average temperature setpoint of the heating control, and thus ideally by the persons concerned, without being recognized. The primary trigger here is a lowering of the temperature value in the heating system, averaged over a time interval, without, however, changing the maximum heating temperature and thus a parameter which is decisive for the well-being of the people living in the rooms in question. The length of the delay time interval τ 2 is largely dependent on the individual characteristics of the building to be heated in general and the heating system in particular. This delay time interval can therefore be preselected individually or calculated according to an individually influenceable pattern.
Es hat sich als günstig erwiesen, dass zur Bestimmung des Verzögerungszeitintervalls τ2 beim Abschalten des Brenners B ein Zeitmesser Z gestartet und beim Absinken der Temperatur Tvor in dem Vorlauf des Wärmeübertragungsmediums oder in dem Heizkessel auf ein zweites, unteres Temperaturniveau TU angehalten wird, und dass eine zu diesem Zeitintervall τ1 proportionale Größe mit einem einstellbaren Parameter K multipliziert wird, um ein entsprechendes Maß für das abzuwartende Verzögerungszeitintervall τ2 zu erhalten. Hierbei geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, dass die Auskühlphase in einem Gebäude oder einem Gebäudeteil etwa im umgekehrten Verhältnis zu der momentan benötigten Heizleistung steht. Denn eine lange Auskühlphase zeigt, dass bspw. aufgrund gestiegener Außentemperaturen, aufgrund einer guten Isolation, etc. nur wenig Wärme verloren geht und demnach zu ersetzen ist. Eine schnelle Auskühlrate wird dagegen bspw. durch einen äußeren Temperatureinbruch oder durch sonstige Einflüsse hervorgerufen, welche dem Gebäude übermäßige Energie entziehen. Damit solchenfalls während der Verzögerungszeit keine unangenehme, weitere Abkühlung der betreffenden Räume stattfindet, muss in diesem Fall die Verzögerungszeit herabgesetzt werden. Diese Anpassung der Verzögerungszeit kann auf einfachstem Wege stufenlos erfolgen, indem das Auskühlzeitintervall als Maß für die Auskühlrate gemessen und zur Bildung einer individuellen Verzögerungszeit mit einem konstanten, jedoch individuell einstellbaren Parameter multipliziert wird. Durch Einstellung dieses Proportionalitätsfaktors kann wiederum eine Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten vorgenommen werden.It has proven to be advantageous that a timer Z is started to determine the delay time interval τ 2 when the burner B is switched off and is stopped when the temperature T before drops in the flow of the heat transfer medium or in the boiler to a second, lower temperature level T U , and that a variable proportional to this time interval τ 1 is multiplied by an adjustable parameter K in order to obtain a corresponding measure for the delay time interval τ 2 to be waited for. Here, the invention is based on the knowledge that the cooling phase in a building or part of a building is approximately inversely related to the heating power currently required. Because a long cooling phase shows that, for example, due to increased outside temperatures, due to good insulation, etc., only little heat is lost and must therefore be replaced. A rapid cooling rate, on the other hand, is caused, for example, by an external drop in temperature or by other influences which draw excessive energy from the building. In this case, the delay time must be reduced so that no unpleasant, further cooling of the rooms concerned takes place during the delay time. This adjustment of the delay time can be carried out continuously in the simplest way by measuring the cooling time interval as a measure of the cooling rate and multiplying it by a constant but individually adjustable parameter to form an individual delay time. By adjusting this proportionality factor, an adjustment to the local conditions can be made.
Weitere Vorzüge ergeben sich dadurch, dass das Verzögerungszeitintervall τ2 begrenzt ist. Eine derartige Begrenzung sorgt dafür, dass nach längeren Stillstandszeiten der Heizung, bspw. bei einer Abschaltung während der Sommermonate, das Verzögerungszeitintervall τ2 nicht auf unzulässig hohe Werte ansteigt.Further advantages result from the fact that the delay time interval τ 2 is limited. Such a limitation ensures that the delay time interval τ 2 does not increase to impermissibly high values after the heating has been idle for a long time, for example when it is switched off during the summer months.
Die Erfindung bietet ferner die Möglichkeit, dass beim Start des Brenners B nach Ablauf des Verzögerungszeitintervalls τ2 ein zweiter Zeitmesser gestartet und angehalten wird, sobald die Temperatur Tvor in dem Vorlauf des Wärmeübertragungsmediums oder in dem Heizkessel das zweite, untere Temperaturniveau TU wieder erreicht hat, um ein drittes Zeitintervall τ3 zu ermitteln. Die Länge dieses dritten Zeitintervalls τ3 kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewertet werden, um einen Rückschluß darüber zu erhalten, wie groß die durch die Einfügung der Einschaltverzögerung bedingte Verlängerung der Brenndauer ist. Im Rahmen einer hardwaremäßig verdrahteten Schaltung kann es sich hierbei um ein weiteres Bauteil handeln, das wie auch das Zeitglied zur Bestimmung des Zeitintervalls τ1 auf bestimmte Start- und Stopp-Anlässe getriggert wird. Bei einer softwaremäßigen Realisierung wird natürlich die Berechnung des Zeitintervalls τ1 von denselben Schaltkreiskomponenten durchgeführt wie die Berechnung des Zeitintervalls τ3. The invention also offers the possibility that when the burner B starts after the delay time interval τ 2 has elapsed, a second timer is started and stopped as soon as the temperature T before in the flow of the heat transfer medium or in the boiler reaches the second, lower temperature level T U again has to determine a third time interval τ 3 . The length of this third time interval τ 3 can be evaluated in the context of the method according to the invention in order to obtain a conclusion as to how great is the increase in the burning time due to the insertion of the switch-on delay. In the context of a hardware-wired circuit, this can be a further component which, like the timing element, is triggered to determine the time interval τ 1 on certain start and stop events. In the case of a software implementation, the calculation of the time interval τ 1 is of course carried out by the same circuit components as the calculation of the time interval τ 3 .
Die Erfindung lässt sich dahingehend weiterbilden, dass ein dritter Zeitmesser gestartet wird, sobald die Temperatur Tvor in dem Vorlauf für das Heizmedium oder in dem Heizkessel das zweite, untere Temperaturniveau TU wieder erreicht hat, und angehalten wird, sobald der Brenner B bei Erreichen des ersten, oberen Temperaturniveaus TO abgeschalten wird, um ein viertes Zeitintervall τ4 zu ermitteln. Dieses vierte Zeitintervall τ4 enthält eine Aussage darüber, wie groß die Brenndauer im Fall einer unverzögerten Einschaltung gewesen wäre, und fließt demnach in ggf. automatisch vorgenommene Wirtschaftlichkeitsberechnungen ein.The invention can be further developed in such a way that a third timer is started as soon as the temperature T before in the flow for the heating medium or in the heating boiler has reached the second, lower temperature level T U again, and is stopped as soon as the burner B reaches it of the first, upper temperature level T O is switched off in order to determine a fourth time interval τ 4 . This fourth time interval τ 4 contains a statement as to how long the burning time would have been in the event of an instantaneous switch-on, and is therefore included in any profitability calculations that may be carried out automatically.
Ein weiteres, erfindungsgemäßes Merkmal liegt darin, dass aus den gemessenen Werten τ1 . . . τ4 eine durch die verzögerte Brenneraktivierung bedingte Energieersparnis berechnet wird. Diese Berechnung könnte naturgemäß zwar auch mit hardwaremäßig realisierten Komponenten bspw. nach Art einer Analogrechenschaltung vorgenommen werden; es empfiehlt sich jedoch, hierfür einen programmierbaren Baustein zu verwenden, da dieser weitaus genauer und zuverlässiger arbeiten kann.Another feature according to the invention is that from the measured values τ 1 . , , τ 4 an energy saving due to the delayed burner activation is calculated. Naturally, this calculation could also be carried out with hardware-implemented components, for example in the manner of an analog computing circuit; however, it is advisable to use a programmable module for this, since it can work far more precisely and reliably.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Energieersparnis auf den Energieverbrauch ohne verzögerte Brenneraktivierung bezogen ist. Durch eine derartige Beziehung zwischen Energieersparnis und "normalem" Energieverbrauch, die sowohl in Form eines Bruchteils als auch in Form von Prozentwerten angegeben werden kann, ist in vielen Fällen anschaulicher als die Ausgabe eines abstrakten Energiewertes, der mangels Kenntnis von einschlägigen Umrechnungsfaktoren für manche Personen nur schwer eingeschätzt werden kann.According to the invention, it is further provided that the energy saving is based on the Energy consumption without delayed burner activation. By a such relationship between energy saving and "normal" Energy consumption, both in the form of a fraction and in the form of Percentages can be specified is in many cases more descriptive than that Output of an abstract energy value that is lacking knowledge of relevant conversion factors are difficult for some people can be assessed.
Es hat sich bewährt, dass die bezogene Energieersparnis µ nach der folgenden
Formel berechnet wird:
It has been proven that the energy saving µ obtained is calculated using the following formula:
Diese Formel greift ausschließlich auf am Schluß eines Brennerzyklus bekannte Größen zurück und kann mit einfachen, arithmetischen Funktionen ermittelt werden; es handelt sich hierbei um eine dimensionslose Größe, die dem Bruchteil der Energieersparnis, bezogen auf den ursprünglichen, nicht reduzierten Energiebedarf, entspricht. Bei einer Angabe in Prozenten ist der solchermaßen für µ bestimmte Wert noch mit dem Faktor 100 zu multiplizieren.This formula only applies to those known at the end of a burner cycle Sizes back and can be determined with simple, arithmetic functions become; it is a dimensionless quantity, the fraction the energy saving, based on the original, not reduced Energy requirement corresponds. If the percentage is given, it is for µ to multiply the determined value by a factor of 100.
Die Erfindung lässt sich dadurch ergänzen, dass die aktuell berechnete Energieersparnis auf einem Anzeigeelement dargestellt wird. Es kann sich hierbei vorzugsweise um eine alphanumerische Anzeige handeln, auf der eine mehrstellige Dezimalzahl abgelesen werden kann. Um starke Schwankungen des angezeigten Wertes zu vermeiden, kann eine Mittelwertbildung jeweils über mehrere zurückliegende Brennerzyklen vorgenommen werden, wobei vorzugsweise eine Gewichtung der einzelnen µ-Werte mit der betreffenden Zyklusdauer τ1 + τ2 + τ3 + τ4 vorzunehmen ist, um einen möglichst exakten Wert zu erhalten.The invention can be supplemented by the fact that the currently calculated energy saving is shown on a display element. This can preferably be an alphanumeric display on which a multi-digit decimal number can be read. In order to avoid strong fluctuations in the displayed value, averaging can be carried out in each case over several previous burner cycles, preferably with a weighting of the individual μ-values with the relevant cycle duration τ 1 + τ 2 + τ 3 + τ 4 , in order to achieve the to get exact value.
Der Erfindungsgedanke erlaubt eine Weiterbildung dahingehend, dass während des Zeitintervalls τ1 der Abkühlphase bis zum Beginn der Verzögerungszeit wenigstens in regelmäßigen Zeitabständen die Differenz zwischen der Temperatur Tvor in dem Vorlauf des Wärmeübertragungsmediums oder dem Heizkessel und der Temperatur Trück in der Rücklaufeitung bestimmt wird, und dass eine das Wärmeübertragungsmedium umwälzende Pumpe P für ein vorgegebenes Zeitintervall ausgeschalten wird, wenn die Temperaturdifferenz einen vorgegebenen, ggf. einstellbaren Wert TG2 nicht überschreitet. Sofern eine niedrige Temperaturdifferenz zwischen diesen Meßpunkten anzeigt, dass sich das Heizmedium auf seinem Weg durch das Rohrsystem der Heizung kaum abgekühlt hat, so kann die Umwälzpumpe für Zeitintervalle von bspw. einigen Minuten stillgesetzt werden, um dem in den Heizkörpern befindlichen Heizmedium Gelegenheit zu geben, seine Energie intensiver mit der Umgebungsluft auszutauschen. Dadurch wird die Temperatur in der Rücklaufleitung etwas abgesenkt und damit in diesem Bereich der Energieverlust reduziert. Würde dagegen während der normalen Abkühlphase des Heizungsmediums eine zu starke Abkühlung innerhalb des Rohrleitungssystems festgestellt, so darf eine entsprechende Unterbrechung des Umwälzpumpenbetriebs nicht stattfinden, damit das nachströmende, warme Heizmedium die abgegebene Energie so weit als möglich ersetzen kann und durch eine Verbesserung der Zirkulation eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der gesamten Anlage erzielt wird.The idea of the invention allows further development such that during the time interval τ 1 of the cooling phase until the start of the delay time, the difference between the temperature T vor in the flow of the heat transfer medium or the boiler and the temperature T zurück in the return line is determined at least at regular intervals, and that a pump P circulating the heat transfer medium is switched off for a predetermined time interval if the temperature difference does not exceed a predetermined, possibly adjustable value T G2 . If a low temperature difference between these measuring points indicates that the heating medium has scarcely cooled down on its way through the heating system, the circulation pump can be stopped for time intervals of, for example, a few minutes in order to give the heating medium in the radiators the opportunity to to exchange its energy more intensively with the ambient air. As a result, the temperature in the return line is reduced somewhat and the energy loss is reduced in this area. If, on the other hand, excessive cooling within the piping system was detected during the normal cooling phase of the heating medium, the circulation pump operation must not be interrupted accordingly, so that the warm heating medium flowing in can replace the energy given as far as possible and improve the circulation evenly Temperature distribution is achieved in the entire system.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Umwälzpumpe P während der übrigen Zeitintervalle τ2, τ3 und τ4 kontinuierlich läuft. Diese Dauerbetriebsart der Umwälzpumpe resultiert aus der Überlegung, dass während der Brenndauer τ3, τ4 das Heizungsmedium möglichst intensiv umgewälzt werden soll, damit es möglichst vollständig und nicht nur in dem Heizkessel aufgewärmt wird. Während der Verzögerungszeit τ2 dagegen soll durch die Umwälzung des Heizmediums das noch im Heizkessel befindliche, warme Medium an die besonders abgekühlten Punkte innerhalb des Rohrleitungssystems transportiert werden, um den dortigen, erhöhten Heizbedarf abzudecken und damit der Entstehung von "Kältelöchern" innerhalb einer Wohnung vorzubeugen. Dadurch werden die verschiedenen, von der betreffenden Heizung versorgten Räume wärmetechnisch "kurzgeschlossen" und wirken demnach wie ein vergrößertes Wärmereservoir, dessen vergleichsweise große Wärmekapazität eine überall gleichmäßig niedrige Abkühlphase zur Folge hat.It is within the scope of the invention that the circulation pump P runs continuously during the remaining time intervals τ 2 , τ 3 and τ 4 . This continuous operating mode of the circulation pump results from the consideration that the heating medium should be circulated as intensely as possible during the burning period τ 3 , τ 4 , so that it is heated up as completely as possible and not only in the boiler. During the delay time τ 2, on the other hand, the circulation of the heating medium should transport the warm medium still in the boiler to the specially cooled points within the piping system in order to cover the increased heating requirements there and thus prevent the occurrence of "cold holes" within an apartment , As a result, the various rooms supplied by the heating in question are "short-circuited" in terms of heat technology and accordingly act like an enlarged heat reservoir, the comparatively large heat capacity of which results in a uniformly low cooling phase everywhere.
Ein Gerät zur Steuerung einer Zentralheizungsanlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt neben einem Ausgangsanschluß OUTB für den Brenner einen Eingangsanschluß TRÜCK für einen mit dem Rücklauf gekoppelten Temperaturfühler. Im Gegensatz zu einer Vielzahl von Regelungen, die mit Sensoren im Bereich des Vorlaufs für das Heizmedium oder des Heizkessels selbst arbeiten, ist für die erfindungsgemäße Unterscheidung zwischen einer Aufheizphase und dem normalen Dauerzustand der Heizung ein Sensor in der Rücklaufleitung besonders vorteilhaft, da dessen Ausgangssignal weniger durch die Heizleistung des Brenners als vielmehr durch den Wärmebedarf in den beheizten Räumen beeinflußt wird und daher einen weitaus besseren Rückschluß über die aktuelle Situation erlaubt als ein nahe dem Brenner installierter Temperaturfühler.A device for controlling a central heating system after the The method according to the invention comprises, in addition to an output connection OUTB for the burner has an input connection TRÜCK for one with the return coupled temperature sensor. Unlike a variety of regulations, those with sensors in the area of the flow for the heating medium or the Working boiler itself is for the distinction according to the invention between a heating phase and the normal permanent state of the heating Sensor in the return line is particularly advantageous because of its output signal less by the heat output of the burner than by the Heat demand in the heated rooms is influenced and therefore a far allows better conclusions about the current situation than a near the burner installed temperature sensor.
Die Erfindung zeichnet sich ferner aus durch einen Eingangsanschluß IN für eine übergeordnete Steuerung der Zentralheizungsanlage bspw. zwecks Sicherheitsabschaltung. Durch dieses Merkmal ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Gerät an nahezu jeder Heizung nachzurüsten, indem es zwischen dem Ausgang des bestehenden Steuergerätes und dem Brennereingang eingeschalten wird und solchenfalls insbesondere die Abschaltbefehle der sodann übergeordneten Steuerung übernimmt und vorzugsweise unverzögert an den Brenner weitergibt, so dass bspw. Not- oder Sicherheitsabschaltungen bei Ansprechen eines im Bereich des Heizkessels angeordneten Sicherheitssensors zuverlässig veranlaßt werden. Dennoch besteht oftmals gerade bei älteren Heizungen ein erhebliches Einsparungspotential, so dass hier die erfindungsgemäße Vorrichtung mit besonderem Vorteil eingesetzt werden kann. Solchenfalls kann auch der in der bisherigen Steuerung vorgesehene Regler samt der dortigen Temperatursollwertvorgabe weiterverwendet werden, so dass sich das Handling einer derart nachgerüsteten Heizungsanlage kaum verändert. Sofern die einstellbaren Parameter des erfindungsgemäßen Nachrüstungsgerätes von dem Installateur eingeben werden, muss sich der Anwender mit dem neuen Gerät überhaupt nicht befassen.The invention is further characterized by an input connection IN for a higher-level control of the central heating system, for example Safety shutdown. This feature makes it possible to get a Retrofit device according to the invention on almost any heater by between the output of the existing control unit and the Burner input is switched on and in such a case in particular Shutdown commands from the then higher-level control system take over and preferably passes on without delay to the burner, so that, for example, emergency or Safety shutdowns when one in the area of the boiler responds arranged safety sensor can be reliably caused. Still exists often a considerable saving potential, especially with older heating systems that the device according to the invention is used here with particular advantage can be. In such a case, this can also be done in the previous control provided controller including the temperature setpoint specification there continue to be used, so that the handling of such a retrofitted Heating system hardly changed. If the adjustable parameters of the retrofit device according to the invention are entered by the installer, the user does not have to deal with the new device at all.
Das erfindungsgemäße Gerät umfaßt einen Eingangsanschluß Tvor für einen mit dem Vorlauf des Wärmeübertragungsmediums oder dem Heizkessel gekoppelten Temperaturfühler. Ein derartiger Anschluß versetzt das erfindungsgemäße Gerät in die Lage, den Temperaturanstieg und -abfall in dem Vorlauf selbst mitverfolgen zu können, so dass im Rahmen der gesamten Brenndauer die Anheizphase, während der die Temperatur wieder bis auf den während der Anforderung der Brennaktivität vorliegenden Temperaturwert angehoben wird, von der eigentlichen Aufheizphase, in der die Temperatur in dem Heizmediumkreislauf bis auf die obere Brennerabschaltschwelle angehoben wird, unterschieden werden kann. Dadurch wiederum ist es möglich, die absolute und auch die bezogene Energieersparnis je Brennerintervall relativ exakt zu berechnen.The device according to the invention comprises an input connection T before for a temperature sensor coupled to the flow of the heat transfer medium or the boiler. Such a connection enables the device according to the invention to be able to track the temperature rise and fall in the lead itself, so that the heating phase during which the temperature is raised again to the temperature value present during the request for the burning activity is increased over the entire burning time is distinguished from the actual heating phase, in which the temperature in the heating medium circuit is raised to the upper burner shutdown threshold. This in turn makes it possible to calculate the absolute and also the related energy savings per burner interval relatively precisely.
Einen Teil des erfindungsgemäßen Geräts bildet ein erster Komparator, der eingangsseitig mit dem Eingangsanschluß TRÜCK für den Temperaturfühler an oder in der Rücklaufleitung des Wärmeübertragungsmediums einerseits und einem ggf. einstellbaren Referenzwert TG1 andererseits gekoppelt ist, und dessen Ausgangssignal in einem Zweig invertiert und in einem weiteren Zweig nicht invertiert mit dem Brenner B zu dessen Aktivierung gekoppelt ist. Diesem ersten Komparator obliegt es, festzustellen, ob die Voraussetzungen für die Einschleifung einer Einschaltverzögerung zwischen das Reglerausgangssignal und die Zündvorrichtung für den Brenner vorliegen. Je nachdem, ob der Komparator beim Vergleich der Temperatur in dem Rücklauf eine Über- oder Unterscheidung des Referenzwertes TG1 erkennt, wird sodann der jeweils zugeordnete Zweig des Komparatorausgangssignals eingeschalten und damit wahlweise die Zeitverzögerung des Einschaltsignals aktiviert oder nicht.Part of the device according to the invention is formed by a first comparator, which is coupled on the input side to the input connection TRÜCK for the temperature sensor on or in the return line of the heat transfer medium on the one hand and an optionally adjustable reference value T G1 on the other hand, and whose output signal is inverted in one branch and in another Branch is not inverted coupled to burner B to activate it. It is up to this first comparator to determine whether the prerequisites for looping in a switch-on delay between the controller output signal and the ignition device for the burner are present. Depending on whether the comparator detects an over or differentiation of the reference value T G1 when comparing the temperature in the return line, the respectively assigned branch of the comparator output signal is then switched on and thus the time delay of the switch-on signal is optionally activated or not.
Die Erfindung erfährt eine vorteilhafte Ausgestaltung dadurch, dass die Ausgangszweige des ersten Komparators durch das Ausgangssignal eines zweiten Komparators verriegelt sind, der eingangsseitig mit dem Temperaturfühler an oder in der Vorlaufleitung des Wärmeübertragungsmediums oder dem Heizkessel einerseits und wenigstens einem ggf. einstellbaren Referenzwert TO, TU andererseits gekoppelt ist. Diese Verschaltung bewirkt, dass der Brenner überhaupt nur dann aktiviert werden kann, wenn sich die Temperatur in dem Vorlauf für das Heizmedium unterhalb eines oberen Grenzwertes TO bewegt. Dieser zweite Komparator hat demnach die Funktion eines Temperaturreglers, wobei durch Verwendung eines oberen und eines unteren Temperaturgrenzwertes TO, TU eine Hysterese verwirklicht werden kann, die dem Regler eine Charakteristik gemäß einem Zweipunkttemperaturregler verleiht.The invention has an advantageous embodiment in that the output branches of the first comparator are locked by the output signal of a second comparator, which on the input side has the temperature sensor on or in the flow line of the heat transfer medium or the boiler on the one hand and at least one optionally adjustable reference value T O , T U on the other hand is coupled. This interconnection means that the burner can only be activated if the temperature in the flow for the heating medium is below an upper limit value T O. Accordingly, this second comparator has the function of a temperature controller, and by using an upper and a lower temperature limit value T O , T U, a hysteresis can be realized which gives the controller a characteristic in accordance with a two-point temperature controller.
Eine weitere Optimierung lässt sich dadurch erreichen, dass die Ausgangszweige des ersten Komparators durch das Ausgangssignal der übergeordneten Steuerung oder durch ein davon abgeleitetes Signal verriegelt sind, wobei ggf. auch der zweite Komparator im Rahmen einer übergeordneten Steuerung realisiert sein kann. Oftmals sind bei vorhandenen Regelungen Steuergeräte mit nach den vielfältigsten Prinzipien aufgebauten Reglern vorgesehen, die bei Einsatz des erfindungsgemäßen Gerätes weiter verwendet werden können. Solchenfalls lässt sich oftmals ausschließlich das Reglerausgangssignal abgreifen, bei dem die Reglerfunktion wie auch die Notabschaltung unter den verschiedensten Voraussetzungen miteinander kombiniert sind. In diesem Fall wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine eigenständige Regelung verzichtet und das Reglerausgangssignal des vorhandenen Regel- und/oder Steuergerätes verwendet. In diesem Fall kann entweder ein in dem erfindungsgemäßen Zusatzgerät vorhandener Regelungs-Komparator stillgelegt werden, oder ein solcher braucht für derartige Spezialanwendungen überhaupt nicht vorgesehen zu sein.A further optimization can be achieved in that the output branches of the first comparator by the output signal of the parent Control or are locked by a signal derived therefrom, where appropriate also the second comparator as part of a higher-level control can be realized. Control units are often included in existing regulations provided according to the most diverse principles built controllers Use of the device according to the invention can continue to be used. In this case, often only the controller output signal can be used tap in which the controller function as well as the emergency shutdown among the various requirements are combined. In this case is in the context of the inventive method to an independent Control dispenses and the controller output signal of the existing control and / or control unit used. In this case, either one in the additional comparator according to the invention existing control comparator shut down be, or such a need for such special applications at all not to be provided.
Zur Perfektionierung der erfindungsgemäßen Konstruktion kann vorgesehen sein, dass das Ausgangssignal des zweiten Komparators und/oder das Ausgangssignal der übergeordneten Steuerung einmal direkt und einmal über eine Einschaltverzögerung τ2 mit dem Steuerausgang OUTB für den Brenner gekoppelt ist. Hierbei erfüllt diese Doppel-Ankopplung mehrere Funktionen: Einerseits wird bei niedrigen Rücklauftemperaturen (TRÜCK < TG1) die direkte Ankopplung und damit die verzögerungsfreie Ansteuerung des Brenners wirksam, während die direkte Kopplung in dem Fall hoher Rücklauftemperatur (TRÜCK < TG1) durch eine UND-Verknüpfung mit dem verzögerten Signal sicherstellt, dass eine Ausschaltflanke der übergeordneten Regelung und/oder Steuerung unverzögert an die Brenneransteuerung gelangt.To perfect the construction according to the invention, it can be provided that the output signal of the second comparator and / or the output signal of the higher-level controller is coupled directly and once via a switch-on delay τ 2 to the control output OUTB for the burner. This double coupling fulfills several functions: On the one hand, the direct coupling and thus the instantaneous control of the burner take effect at low return temperatures (TRÜCK <T G1 ), while the direct coupling in the case of high return temperatures (TRÜCK <T G1 ) takes place through an AND Linking with the delayed signal ensures that a switch-off edge of the higher-level regulation and / or control reaches the burner control without delay.
Eine vorteilhafte Anordnung lässt sich dadurch finden, dass die Verzögerungszeit τ2 veränderbar ist. Durch eine Veränderung der Verzögerungszeit τ2 wird vermieden, dass die Temperatur in den zu beheizenden Räumen mit einem festgelegten Zyklus schwankt, der von einem Menschen kraft seiner inneren Uhr leicht erkennbar wäre; vielmehr kann durch eine gewisse Unregelmäßigkeit in der Verzögerungszeit τ2 eine konstante Zyklusgrundwelle vermieden werden. An advantageous arrangement can be found in that the delay time τ 2 can be changed. By changing the delay time τ 2 it is avoided that the temperature in the rooms to be heated fluctuates with a fixed cycle, which would be easily recognizable by a person by his internal clock; rather, a constant fundamental cycle can be avoided by a certain irregularity in the delay time τ 2 .
Außerdem ist es durch eine Variation der Verzögerungszeit τ2 möglich, auf veränderte Heizbedingungen und insbesondere -anforderungen zu reagieren.In addition, by varying the delay time τ 2, it is possible to react to changing heating conditions and, in particular, requirements.
Ein nicht unwichtiges Element eines erfindungsgemäßen Geräts ist wenigstens ein Zeitmesser Z, der mit der übergeordneten Steuerung und/oder mit Ausgangssignalen der Temperaturfühler gekoppelt ist, um Zeitintervalle τ1, τ3 und/oder τ4 zu messen. Diese Zeitintervalle, die nach den weiter oben definierten Kriterien festgelegt sind, geben der erfindungsgemäßen Steuerung Aufschluß über den aktuellen Zustand der Heizung bzw. der zu beheizenden Räumlichkeiten, und erlauben es damit der Steuerung, bspw. die Verzögerungszeit τ2 zu variieren oder die aktuelle Energieersparnis zu berechnen.A not unimportant element of a device according to the invention is at least one timer Z, which is coupled to the higher-level control and / or to output signals of the temperature sensors in order to measure time intervals τ 1 , τ 3 and / or τ 4 . These time intervals, which are defined according to the criteria defined above, give the controller according to the invention information about the current state of the heating or the rooms to be heated, and thus allow the controller to vary, for example, the delay time τ 2 or the current energy saving to calculate.
Bevorzugt ist das die Einschaltverzögerung bestimmende Zeitglied τ2 über ein ggf. einstellbares Proportionalglied K mit dem Ausgang eines Zeitmessers Z gekoppelt. Ein derart einfach zu realisierender Proportionalfaktor liefert bereits eine hervorragende Adaption der Verzögerungszeit an die aktuellen Heizungsbedürfnisse, indem bei einer schnellen Abkühlphase auch die Verzögerungszeit entsprechend vermindert wird, so dass die Temperatur in den beheizten Räumen nicht zu stark absinkt.The timer τ 2 determining the switch-on delay is preferably coupled to the output of a timer Z via an optionally adjustable proportional member K. Such a proportional factor, which is easy to implement, already provides an excellent adaptation of the delay time to the current heating requirements, since the delay time is reduced accordingly during a rapid cooling phase, so that the temperature in the heated rooms does not drop too much.
Durch wenigstens einen Speicher zur Hinterlegung von gemessenen Zeitintervallen τ1, τ3, τ4 werden sequentiell gewonnene Informationen für eine spätere Energieberechnung bereitgehalten. Sofern zur Bestimmung der unterschiedlichen und nacheinander ablaufenden Zeitintervalle τ1, τ3, τ4 derselbe Zeitmesser Z verwendet wird, so ist eine Zwischenspeicherung von dessen Meßergebnissen erforderlich, damit am Schluß eines Brennerzyklusses sämtliche Zeitintervalle τ1, τ3, τ4 sowie ggf. die daraus abgeleitete Verzögerungszeit τ2 für weitere Berechnungen zur Verfügung stehen.Through at least one memory for storing measured time intervals τ 1 , τ 3 , τ 4 , information obtained sequentially is kept ready for a later energy calculation. If the same timer Z is used to determine the different and successive time intervals τ 1 , τ 3 , τ 4, the measurement results must be temporarily stored so that at the end of a burner cycle all time intervals τ 1 , τ 3 , τ 4 and possibly the resulting delay time τ 2 is available for further calculations.
Ein wertvoller Bestandteil des erfindungsgemäßen Geräts ist eine Arithmetikeinheit zur Berechnung der aktuellen Energieersparnis. Eine derartige Arithmetikeinheit lässt sich auf einfachstem Weg mittels eines Mikroprozessors realisieren, der in der Lage ist, je nach dem vorgegebenen Steuerungsprogramm die unterschiedlichsten Aufgaben zu erfüllen. Sofern - wie die Erfindung weiterhin vorsieht - der Zeitmesser Z bspw. als mit einer konstanten Impulsfrequenz getakteter Zähler realisiert ist, der vor dem abzumessenden Zeitintervall auf Null gesetzt wird und ähnlich einer Stoppuhr zu Beginn des betreffenden Zeitintervalls gestartet und am Ende gestoppt wird, so liegt die Information über das betreffende Zeitintervall τ in Form von Digitalwerten vor und diese lassen sich mit bei modernen Mikroprozessoren implementierten Standardbefehlen wie Addition, Multiplikation, Division ohne größeren Programmieraufwand zur Bestimmung der aktuellen Energieersparnis miteinander verknüpfen.A valuable component of the device according to the invention is a Arithmetic unit for calculating the current energy savings. Such one Arithmetic unit can be easily done using a microprocessor realize who is able, depending on the specified control program to perform a wide variety of tasks. Unless - as the invention continues provides - the timer Z, for example, as with a constant pulse frequency clocked counter is realized, the zero before the time interval to be measured is set and similar to a stopwatch at the beginning of the relevant time interval started and stopped at the end, the information lies on the time interval τ in the form of digital values and these can be with standard commands such as addition implemented in modern microprocessors, Multiplication, division without major programming effort to determine the Link current energy savings.
Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Geräts wird weiter erhöht durch eine alphanumerische Anzeigeeinrichtung zur Wiedergabe der aktuellen Energieersparnis. Durch eine lesbare Ausgabe der aktuellen Energieersparnis ist der Betreiber einer durch das erfindungsgemäße Gerät ergänzten Heizungsanlage ständig über die erreichbare Einsparung informiert. Dabei lassen sich auch die vielfältigsten Zusatzinformationen darstellen, wie bspw. die über einen festgelegten Zeitraum wie eine Stunde oder einen Tag gemittelte Energieersparnis, ferner kann die gesparte Energie als Absolutwert oder als Prozentwert, bezogen auf den einzusetzenden Energiewert ohne Verzögerungstechnik, dargestellt werden. Ferner ist es möglich, intern eingestellte Parameter, bspw. den Proportionalitätsfaktor K oder die Schaltgrenzwerte TG1, TG2 auf Anfrage auszugeben, so dass eine interaktive Ein- und/oder Verstellung derartiger Parameter möglich ist. Sofern bspw. zu längerfristigen Mittelwerten der Energieersparnis bspw. zu Tageswerten jeweils die aktuell eingestellten Parameter hinterlegt werden, ist eine Bedienungsperson und/oder die Arithmetikeinheit selbst in die Lage versetzt, die Auswirkung von Parameteränderungen auf die Energieersparnis zu erkennen und ggf. die Parametereinstellungen zu optimieren. Im Rahmen eines derartigen Optimierungsprogrammes kann vorgesehen sein, dass auch ohne manuelle Verstellung der Parameter in regelmäßigen Zeitabständen eine (kleine) Parameterveränderung vorgenommen wird, um die Systemreaktion zu erforschen und anhanddessen eine Parameteroptimierung vorzuschlagen oder durchzuführen.The functionality of the device according to the invention is further increased by an alphanumeric display device for displaying the current energy savings. The operator of a heating system supplemented by the device according to the invention is continuously informed of the achievable savings by means of a readable output of the current energy savings. The most diverse additional information can also be displayed, such as the energy savings averaged over a specified period of time, such as an hour or a day, and the energy saved can be displayed as an absolute value or as a percentage, based on the energy value to be used without delay technology. It is also possible to output internally set parameters, for example the proportionality factor K or the switching limit values T G1 , T G2, on request, so that an interactive setting and / or adjustment of such parameters is possible. If, for example, the currently set parameters are stored for longer-term mean values of energy savings, e.g. daily values, an operator and / or the arithmetic unit itself is able to recognize the effect of parameter changes on energy savings and, if necessary, to optimize the parameter settings , In the context of such an optimization program, it can be provided that a (small) parameter change is carried out at regular intervals even without manual adjustment of the parameters, in order to research the system reaction and, based on this, to propose or carry out parameter optimization.
Von großem Vorteil ist ein Ausgangsanschluß OUTP zur Steuerung einer Umwälzpumpe für das Wärmeübertragungsmedium P. Der Steuerung einer Umwälzpumpe für das Wärmeübertragungsmedium obliegt im Rahmen der erfindungsgemäßen Verzögerungstechnik eine erhöhte Bedeutung. Denn hier kann einerseits durch eine Taktung eine nicht unerhebliche Energieeinsparung erzielt werden, andererseits sollte die Umwälzpumpe sowohl während der Verzögerungszeit wie auch während der anschließenden Aufheizphase kontinuierlich betrieben werden, um einen optimalen Temperaturausgleich zwischen den zu beheizenden Räumen herbeizuführen. Da ein Großteil sämtlicher für eine derartige Steuerung der Umwälzpumpe für das Wärmeübertragungsmedium erforderlichen Informationen in dem erfindungsgemäßen Gerät ohnehin vorliegen, lässt sich eine derartige Zusatzfunktionalität mit einem minimalen Mehraufwand realisieren.An output connection OUTP for controlling one is of great advantage Circulation pump for the heat transfer medium P. The control of a Circulation pump for the heat transfer medium is the responsibility of delay technique according to the invention is of increased importance. Because here On the one hand, clocking can result in considerable energy savings can be achieved, on the other hand, the circulation pump both during the Delay time as well as during the subsequent heating phase be operated continuously for optimal temperature compensation between the rooms to be heated. Most of it all for such control of the circulation pump for the Heat transfer medium required information in the The device according to the invention is present anyway, it can be used Realize additional functionality with minimal additional effort.
Schließlich entspricht es der Lehre der Erfindung, dass der Steuerausgang OUTP für die Umwälzpumpe für das Wärmeübertragungsmedium P als Schaltausgang zur Ansteuerung eines zwischen der Speisespannung und den elektrischen Anschlüssen der Umwälzpumpe für das Wärmeübertragungsmedium eingeschaltenen Relais ausgebildet ist. Da bei bestehenden Heizmediumanlagen die unterschiedlichsten Typen von Pumpen zum Einsatz gelangen, bspw. Zweiphasen- oder Drehstrompumpen, so sieht die Erfindung vor, für die jeweils vorhandene Pumpe ein geeignetes Relais zu verwenden, welches sodann jeweils mit einer Ankerspule betätigbar ist. Um auch die für die Relaisbetätigung erforderliche Nennspannung variabel gestalten zu können, kann der Ausgang des erfindungsgemäßen Steuergerätes als Schalter ausgebildet sein, der einerseits mit der betreffenden Relaisspule und andererseits mit der für diese geeigneten Spannungsversorgung koppelbar ist. Finally, it is in accordance with the teaching of the invention that the control output OUTP for the circulation pump for the heat transfer medium P as a switching output to control a between the supply voltage and the electrical Connections of the circulation pump for the heat transfer medium switched-on relay is formed. As with existing heating medium systems the most varied types of pumps are used, e.g. Two-phase or three-phase pumps, the invention provides for each existing pump to use a suitable relay, which then each can be actuated with an armature coil. In order also for the relay actuation To be able to design the required nominal voltage variably, the output of the Control device according to the invention be designed as a switch, the one hand with the relevant relay coil and on the other hand with the one suitable for this Power supply can be coupled.
Weitere Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt:Other features, details, advantages and effects of the invention will be apparent from the following description of preferred embodiments of the Invention and with reference to the drawing. Here shows:
Fig. 1 einen schematischen Schaltplan einer Heizungsanlage; Figure 1 is a schematic circuit diagram of a heating system.
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Steuergeräts; sowie Fig. 2 is a block diagram of an inventive control device; such as
Fig. 3 ein Zeitdiagramm mit den Temperaturschwankungen in der Heizungsanlage aus Fig. 1 bei Einsatz des Steuergeräts aus Fig. 2. Fig. 3 is a time chart showing the temperature changes in the heating system of Fig. 1 when using the controller in FIG. 2.
Die Heizungsanlage 1 aus Fig. 1 umfaßt einen Heizungskessel 2, der über eine Vorlaufleitung 3 für das Heizmedium und eine Rücklaufleitung 4 für das Heizmedium mit einer Vielzahl von nicht dargestellten, in den zu beheizenden Räumen installierten Heizkörpern gekoppelt ist. Das in diesem Rohrsystem 3, 4 zirkulierende Wasser wird von einer Pumpe 5 umgewälzt. An der Vorlaufleitung 3 ist bei dem dargestellten Beispiel stromabwärts der Umwälzpumpe 5 ein Temperatursensor 6 für die Vorlauftemperatur Tvor angeordnet, dessen elektrisches Ausgangssignal 7 mit einem Steuer- und Regelgerät 8 herkömmlicher Bauart gekoppelt ist. Dieses war ursprünglich mit seinem Ausgang 9 direkt an einen damit korrespondierenden Eingang 10 des Brennerkessels 2 angeschlossen, um dadurch den Brenner 11 des Heizkessels 2 bzw. eine diesem vorgeschaltete Zündschaltung zu steuern.The heating system 1 of Fig. 1 comprises a boiler 2 , which is coupled via a flow line 3 for the heating medium and a return line 4 for the heating medium with a variety of radiators, not shown, installed in the rooms to be heated. The water circulating in this pipe system 3 , 4 is circulated by a pump 5 . On the flow line 3 , in the example shown, a temperature sensor 6 for the flow temperature T is arranged downstream of the circulation pump 5 , the electrical output signal 7 of which is coupled to a control and regulating device 8 of a conventional type. This was originally connected with its output 9 directly to a corresponding input 10 of the burner so that the boiler 2 to thereby 11 to control the burner of the boiler 2 and a firing circuit connected upstream.
Ein bevorzugter, schaltungstechnischer Aufbau des Steuer- und Regelgeräts 8 ist in Fig. 2 oben wiedergegeben. Man erkennt, dass das Ausgangssignal 7 des Vorlauftemperatursensors 6 von einem Komparator 12 mit einer unteren Schaltschwelle TU verglichen wird, um den Brenner 11 mit einem High-Pegel an dem Ausgang 9 einzuschalten, und außerdem findet ein Vergleich mit einem oberen Temperaturgrenzwert TO statt, um den Brenner 11 mit einem Low-Pegel an dem Ausgang 9 auszuschalten. Die Realisierung der Schaltschwellen TU, TO kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen, und vorzugsweise sind diese Grenzwerte einstellbar. A preferred circuitry structure of the control and regulating device 8 is shown in FIG. 2 above. It can be seen that the output signal 7 of the flow temperature sensor 6 is compared by a comparator 12 with a lower switching threshold T U in order to switch on the burner 11 with a high level at the output 9 , and a comparison is also made with an upper temperature limit value T O in order to switch off the burner 11 with a low level at the output 9 . The switching thresholds T U , T O can be implemented in different ways, and these limit values can preferably be set.
Üblicherweise sind in den Signalpfad 9 noch ein oder mehrere Ausschalter 13 eingeschleift, welche innerhalb des Heizkessels 2 angeordnet sein können und bspw. als Not-Ausschalter oder als Übertemperaturschalter oder als sonstige Sicherheitsabschalter ausgebildet sein können. Wird einer der Schalter 13 aufgetrennt, so sinkt das Potential an der Ausgangsleitung 9 infolge eines Innenwiderstandes 14 auf Massepotential ab und veranlaßt damit das sofortige Löschen des Brenners 11.Usually, one or more switch-off switches 13 are also looped into the signal path 9 , which can be arranged within the boiler 2 and can be designed, for example, as an emergency switch-off switch or as an excess temperature switch or as other safety cut-off switches. If one of the switches 13 is opened, the potential on the output line 9 drops to ground potential as a result of an internal resistance 14 and thus causes the burner 11 to be extinguished immediately.
Die Funktionsweise einer derartigen, herkömmlichen Heizungsteuerung ist in Fig. 3 teilweise gestrichelt wiedergegeben: Man erkennt, dass die Vorlauftemperatur Tvor des Heizmediums nur zwischen den beiden Grenzwerten TU und TO schwankt, wobei in dem vorliegenden Beispiel die Aufheizphase mit τ4 und die Abkühlphase mit τ1 bezeichnet ist. Diese einzelnen Zeiträume schwanken je nach der Heizungsanforderung an den Heizkörpern und die wiedergegebene Außkühlphase τ1 entspricht einem sehr starken Heizbedarf, bspw. beim erstmaligen Aufheizen eines ausgekühlten Raums. Man erkennt, dass die Vorlauftemperatur Tvor mit einer vergleichsweise kurzen Frequenz schwankt, wobei in dem dargestellten Beispiel die Aufheizphase τ4 sogar größer ist als die Auskühlphase τ1.The operation of such a conventional heating control system is shown in part in dashed lines in FIG. 3: It can be seen that the flow temperature T before the heating medium only fluctuates between the two limit values T U and T O , in the present example the heating phase with τ 4 and the Cooling phase is designated τ 1 . These individual periods fluctuate depending on the heating requirements on the radiators and the displayed cooling phase τ 1 corresponds to a very high heating requirement, for example when heating up a cooled room for the first time. It can be seen that the flow temperature T vor fluctuates with a comparatively short frequency, and in the example shown the heating phase τ 4 is even greater than the cooling phase τ 1 .
Gemäß der Lehre der Erfindung ist in dem Signalpfad von dem Ausgang 9 des Steuer- und Regelgeräts 8 zu dem Brenneranschluß 10 des Heizkessels 2 ein weiteres Steuergerät 15 derart eingeschalten, dass das Ausgangssignal 9 des ursprünglichen Steuer- und Regelgeräts 8 mit dem Eingang IN des Zusatz- Steuergeräts 15 verbunden wird, während dessen Ausgang OUTB mit dem Brenneranschluß 10 verbunden ist. Diese Verschaltung ist jedoch für die erfindungsgemäße Funktion nicht ausreichend. Vielmehr ist ein zusätzlicher Temperatursensor 16 in der Rücklaufleitung 4 für das Heizmedium vorgesehen, und dieser ist über eine zweipolige Signalleitung 17 mit dem Signaleingang TRÜCK des Zusatz-Steuergeräts 15 gekoppelt. Mit dieser Minimalbeschaltung ist das Zusatz-Steuergerät 15 in der Lage, unter bestimmten Bedingungen die Heizungsanlage 1 energiesparender zu steuern als dies das herkömmliche Steuer- und Regelgerät 8 kann. Zu diesem Zweck wird das Sensorausgangssignal 17 von einem Komparator 18 mit einer internen, einstellbaren Konstantspannung TG1 verglichen, um durch einen High- oder Low-Pegel an seinem Ausgang 19 anzuzeigen, ob die an dem Rücklauf 4 gemessene 16 Temperatur Trück größer ist als ein Referenzwert (TRÜCK < TG1) oder kleiner als dieser Referenzwert. Sofern die Rücklauftemperatur Trück unter die Temperatur TG1 abgesunken ist, so deutet dies auf einen enormen Heizungsbedarf in den betreffenden Räumen hin, und in diesem Fall kann im Rahmen der Heizungsanlage 1 nicht mit Energie gespart werden, vielmehr wird durch Vermittlung des invertierten 20 Komparatorausgangssignals 19, das über ein nachgeschaltetes ODER-Gatter 21 an einen Eingang 22 eines UND-Gatters 23 gelangt, von letzterem das Eingangssignal IN direkt an den Brenner-Steuerausgang OUTB durchgeschalten, so dass die Reglerausgangssignale 9 ohne jegliche Veränderung direkt auf den Brenner 11 einwirken.According to the teaching of the invention, a further control device 15 is switched on in the signal path from the output 9 of the control and regulating device 8 to the burner connection 10 of the boiler 2 such that the output signal 9 of the original control and regulating device 8 with the input IN of the additive - Control unit 15 is connected, while its output OUTB is connected to the burner connection 10 . However, this interconnection is not sufficient for the function according to the invention. Rather, an additional temperature sensor 16 is provided in the return line 4 for the heating medium, and this is coupled to the signal input TRÜCK of the additional control unit 15 via a two-pole signal line 17 . With this minimum circuit, the additional control unit 15 is able to control the heating system 1 in a more energy-saving manner than the conventional control and regulating unit 8 can under certain conditions. For this purpose, the sensor output signal is compared 17 by a comparator 18 with an internal, adjustable constant voltage T G1 to display by a high or low level at its output 19 if the voltage measured at the reflux 4 16 temperature T back is greater than a reference value (TRÜCK <T G1 ) or less than this reference value. If the return temperature T back has dropped below the temperature T G1 , this indicates an enormous heating requirement in the rooms in question, and in this case it is not possible to save energy in the context of heating system 1 , but rather by mediating the inverted 20 comparator output signal 19 , which arrives at an input 22 of an AND gate 23 via a downstream OR gate 21 , from which the input signal IN is directly switched through to the burner control output OUTB, so that the controller output signals 9 act directly on the burner 11 without any change.
Ist jedoch die Rücklauftemperatur Trück nicht unter die Grenztemperatur TG1 abgesunken, so veranlaßt das Zusatz-Steuergerät 15 eine energiesparende Modifikation des ursprünglichen Steuersignals 9. Zu diesem Zweck ist das Ausgangssignal 19 des Komparators 18 in uninvertierter Form einem Eingang 24 eines weiteren UND-Gatters 25 aufgeschalten, dessen zweiter Eingang 26 über einen Verzögerungsbaustein 27 von dem Eingangssignal IN des Zusatz- Steuergerätes 15 gespeist wird. Wenn also das Potential an dem Eingang 24 des UND-Gatters mangels einer ausreichenden Temperatur in der Rücklaufleitung 4 High-Pegel aufweist, so kann das verzögerte 27 Eingangssignal IN durch das UND-Gatter 25 und von dort über einen weiteren Eingang 28 des ODER-Gatters 21 und das diesem nachgeschaltete UND-Gatter 23 zu dem Brennereingang 10 gelangen, solange das Eingangssignal IN ebenfalls High-Pegel aufweist. Hierdurch wird erreicht, das bei einer hohen Temperatur in der Rücklaufleitung 4 das Brennereinschaltsignal IN um die Verzögerungszeit τ2 verzögert 27 zum Einschalten des Brenners 11 führt, während die Ausschaltflanke durch den zweiten Eingang 29 des UND-Gatters 23 zu einem sofortigen Abschalten des Brenners 11 führt. However, if the return temperature T back not fallen below the limit temperature T G1, the auxiliary control device 15 causes a power-saving modification of the original control signal. 9 For this purpose, the output signal 19 of the comparator 18 is connected in an uninverted form to an input 24 of a further AND gate 25 , the second input 26 of which is fed by the input signal IN of the additional control device 15 via a delay module 27 . If the potential at the input 24 of the AND gate is high due to a lack of a sufficient temperature in the return line 4 , the delayed 27 input signal IN can pass through the AND gate 25 and from there via a further input 28 of the OR gate 21 and the downstream AND gate 23 reach the burner input 10 as long as the input signal IN also has a high level. It is thereby achieved that, at a high temperature in the return line 4, the burner switch-on signal IN delayed 27 by the delay time τ 2 leads to the burner 11 being switched on, while the switch-off edge by the second input 29 of the AND gate 23 leads to an immediate switch-off of the burner 11 leads.
Bei der wiedergegebenen Ausführungsform ist die Verzögerungszeit τ2 nicht konstant, sondern eine Funktion der Dauer τ1 der Abkühlphase. Zu diesem Zweck wird das während dieser Phase Low-Pegel aufweisende Eingangssignal IN invertiert 30 einem Zähler 31 zugeführt, der bei der positiven Flanke seines Eingangssignals gestartet und bei der negativen Flanke stillgesetzt wird. Das zu der Abkühlphase τ1 proportionale Zählergebnis 31 wird mit einer einstellbaren 32 Konstante K multipliziert 33 und gelangt auf diesem Weg zu dem Verzögerungsbaustein 27, der den solchermaßen berechneten Wert 34 als Verzögerungszeit verwendet.In the embodiment shown, the delay time τ 2 is not constant, but a function of the duration τ 1 of the cooling phase. For this purpose, the input signal IN, which has a low level during this phase, is fed inverted 30 to a counter 31 , which is started on the positive edge of its input signal and stopped on the negative edge. The counting result 31 , which is proportional to the cooling phase τ 1, is multiplied 33 by an adjustable 32 constant K and in this way reaches the delay module 27 , which uses the value 34 calculated in this way as the delay time.
Bei einem derartigen Betrieb des Brenners 11 ergibt sich der in Fig. 3
durchgezogen wiedergegebene Zeitverlauf der Temperatur Tvor in der
Vorlaufleitung 3. Hierbei schließt sich an die normale Auskühlphase τ1, die bei
Unterschreiten der Temperatur TU endet, die berechnete 30-34 Verzögerungszeit
τ2 an, bis sodann das Ausgangssignal OUTB des Zusatz-Steuergeräts 15
umschaltet und damit den Brenner 11 aktiviert. Sofort beginnt eine Aufheizphase,
welche jedoch nun um ein Zusatzintervall τ3 verlängert ist, welches dazu
notwendig ist, um die weiter abgekühlte Heizflüssigkeit zunächst wieder auf das
untere Temperaturniveau TU anzuwärmen. Erst dann schließt sich die normale
Heizphase τ4 an, die erforderlich ist, um das Temperaturniveau von TU auf TO
anzuheben. Wie man der Fig. 3 entnehmen kann, ist die Dauer eines
Brennerzyklus nun um τ2 und τ3 verlängert auf τ1 + τ2 + τ3 + τ4. Ein Rechenbeispiel
soll diese Zusammenhänge weiter erläutern:
Bei einem eingestellten Wert von K = 0,5 sei die Auskühlphase τ1 gleich 13,25 min,
woraus sich eine Verzögerungszeit τ2 von 6,625 min ergibt. Die dadurch
bedingte Zusatzheizphase τ3 beträgt 1,5 min, und die normale Heizphase τ4 liegt
bei 5,0 min. Hiermit ergibt sich folgender Zusammenhang:
When the burner 11 is operated in this way, the time profile of the temperature T before in the flow line 3, shown as a solid line in FIG. 3, results. This is followed by the normal cooling phase τ 1 , which ends when the temperature T U is undershot, followed by the calculated 30-34 delay time τ 2 until the output signal OUTB of the additional control unit 15 then switches over and thus activates the burner 11 . A heating-up phase begins immediately, but is now extended by an additional interval τ 3 , which is necessary in order to initially heat the further-cooled heating liquid down to the lower temperature level T U. Only then does the normal heating phase τ 4 follow, which is required to raise the temperature level from T U to T O. As can be seen in FIG. 3, the duration of a burner cycle is now extended by τ 2 and τ 3 to τ 1 + τ 2 + τ 3 + τ 4 . A calculation example should explain these relationships:
With a set value of K = 0.5, the cooling phase τ 1 is equal to 13.25 minutes, which results in a delay time τ 2 of 6.625 minutes. The resulting additional heating phase τ 3 is 1.5 min, and the normal heating phase τ 4 is 5.0 min. This results in the following relationship:
Unter Zuhilfenahme der Formel:
Using the formula:
ergibt sich somit für die durch das erfindungsgemäße Zusatz-Steuergerät erreichte Energieersparnis µ ein Wert von 10,05%.thus arises for the additional control device according to the invention achieved energy saving µ a value of 10.05%.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, zur Bestimmung dieses Wertes die Zusatz- und Standardheizzeit τ3 und τ4 ebenfalls zu messen und zusammen mit τ1 und τ2 einer Arithmetikeinheit zuzuführen, welche die Energieersparnis µ nach der obigen Formel ermittelt und sodann den berechneten Wert an einer alphanumerischen Anzeigeeinheit ausgibt. Um stärkere Schwankungen dieses Wertes zu vermeiden, kann eine Mittelwertbildung über jeweils mehrere, zurückliegende Brennerzyklen durchgeführt werden, wobei solchenfalls eine Gewichtung anhand der tatsächlichen Brennerzykluszeiten vorzunehmen ist.The invention further provides for the determination of this value, the additional and standard heating times τ 3 and τ 4 also to be measured and supplied together with τ 1 and τ 2 to an arithmetic unit, which determines the energy saving μ according to the above formula and then to the calculated value an alphanumeric display unit. To avoid major fluctuations in this value, averaging can be carried out over several previous burner cycles, in which case the actual burner cycle times should be weighted.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Heizungssteuerung erfährt die Umwälzpumpe 5 eine verstärkte Bedeutung, da es ihre Aufgabe ist, während der Verzögerungszeit τ2 durch einen maximalen Umwälzungsgrad innerhalb des Heizungskreislaufs 3, 4 eine möglichst gleichmäßige Aufteilung des vorübergehenden Energiedefizits auf alle mit der Heizung gekoppelten Räume herbeizuführen und dadurch eine übermäßige Auskühlung eines einzelnen Raums zu vermeiden. Deshalb muss die Pumpe 5 bereits zu Beginn der Verzögerungszeit τ2 anlaufen und soll sodann bis zum Ende der Brenndauer τ4 aktiv bleiben, da es ihr außerdem obliegt, für eine möglichst gleichmäßige Aufheizung des gesamten Wärmeübertragungsmediums innerhalb des Heizkreislaufs 3, 4 zu sorgen.In the context of the heating control system according to the invention, the circulation pump 5 is of greater importance since it is its task to bring about a uniform distribution of the temporary energy deficit to all rooms coupled to the heating during the delay time τ 2 by means of a maximum degree of circulation within the heating circuit 3 , 4 thereby avoiding excessive cooling of a single room. Therefore, the pump 5 must start at the beginning of the delay time τ 2 and should then remain active until the end of the burning time τ 4 , since it is also their responsibility to ensure that the entire heat transfer medium within the heating circuit 3 , 4 is heated as evenly as possible.
Während der normalen Auskühlphase τ1 kann die Pumpe 5 jedoch ggf. zum Energiesparen vorübergehend abgeschalten werden, wenn dies ein nur mäßiger Heizungsbedarf zuläßt. Dies wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Zusatzgerätes 15 mittels eines Subtrahierers 35 festgestellt, dessen beiden Eingänge TVOR und TRÜCK mit den Temperatursensoren 6, 16 in der Vor- und Rücklaufleitung 3, 4 für das Heizmedium gekoppelt sind, so dass an seinem Ausgang 36 ein zu der Temperaturdifferenz TVOR - TRÜCK proportionales Signal abgreifbar ist, das in einem weiteren Komparator 37 mit einem zweiten Temperaturgrenzwert TG2 verglichen wird.During the normal cooling phase τ 1 , the pump 5 can, however, be temporarily switched off to save energy if this is only possible with a moderate heating requirement. This is determined in the context of the additional device 15 according to the invention by means of a subtractor 35 , the two inputs TVOR and TRÜCK of which are coupled to the temperature sensors 6 , 16 in the supply and return line 3 , 4 for the heating medium, so that one of them is connected to its output 36 Temperature difference TVOR - TRÜCK proportional signal can be tapped, which is compared in a further comparator 37 with a second temperature limit T G2 .
Der Ausgang 38 dieses Komparators 37 wird wie auch das Eingangssignal IN des Zusatz-Steuergeräts 15 jeweils in invertierter Form an je einem Eingang eines weiteren UND-Gatters 39 angelegt, so dass dessen UND-Bedingung nur erfüllt ist, wenn während der Abkühlphase τ1 die Temperaturbedingung TVOR - TRÜCK < TG2 nicht erfüllt ist. In diesem Fall gelangt das Ausgangssignal 40 des UND- Gatters 39 über einen Multivibrator 41 und ein nachgeschaltetes ODER-Gatter 42 an den Ausgang OUTB für die Ansteuerung der Pumpe 5. Dieses Signal 43 steuert ein Relais 44 in der Zuleitung zu der Pumpe 5, das daraufhin gemäß der Schaltfrequenz und dem Tastverhältnis des Multivibrators 41 ein- und ausschaltet. Dadurch wird die Durchflußgeschwindigkeit in dem Heizkreislauf 3, 4 reduziert, das Wärmeübertragungsmedium verweilt länger in den Heizkörpern und kann sich dort stärker abkühlen, so dass die Rücklaufleitungen 4 ein niedrigeres Temperaturniveau aufweisen und demzufolge der Wärmeverlust auf der Rücklaufleitung 4 weiter reduziert ist. The output 38 of this comparator 37 , like the input signal IN of the additional control unit 15, is applied in inverted form to each input of a further AND gate 39 , so that its AND condition is only fulfilled if τ 1 during the cooling phase Temperature condition TVOR - TRÜCK <T G2 is not fulfilled. In this case, the output signal 40 of the AND gate 39 reaches the output OUTB for the control of the pump 5 via a multivibrator 41 and a downstream OR gate 42 . This signal 43 controls a relay 44 in the supply line to the pump 5 , which then switches on and off in accordance with the switching frequency and the duty cycle of the multivibrator 41 . As a result, the flow rate in the heating circuit 3 , 4 is reduced, the heat transfer medium stays longer in the radiators and can cool down more there, so that the return lines 4 have a lower temperature level and consequently the heat loss on the return line 4 is further reduced.
Liegt dagegen die Rücklauftemperatur TRÜCK um mehr als TG2 unterhalb der Vorlauftemperatur TVOR, oder zeigt das Eingangssignal IN des Zusatz- Steuergeräts 15 einen logischen Highpegel, so wird das Ausgangssignal des UND-Gatters 39 negativ, und dieses Signal gelangt über einen invertierten Zweig 45 und das nachgeschaltete ODER-Gatter 42 zu dem Ausgang OUTB, so dass in diesem Fall die Pumpe 5 ständig läuft.If, on the other hand, the return temperature TRÜCK is more than T G2 below the supply temperature TVOR, or if the input signal IN of the additional control unit 15 shows a logic high level, the output signal of the AND gate 39 becomes negative, and this signal passes through an inverted branch 45 and the downstream OR gate 42 to the output OUTB, so that in this case the pump 5 runs continuously.
Indem das Relais 44 zwischen den bisherigen Leistungsanschluß 46 des Heizkessels 2 und die Pumpe 5 geschalten ist, wird sozusagen eine UND- Verknüpfung mit an dem Ausgang 46 wirksam werdenden Sicherheitsabschaltungen des Heizkessels 2 bewirkt.Because the relay 44 is connected between the previous power connection 46 of the boiler 2 and the pump 5 , an AND operation is effected, so to speak, with the safety shutdowns of the boiler 2 taking effect at the output 46 .
Claims (26)
8. The method according to claim 7, characterized in that the related energy saving µ is calculated as follows:
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