DE10114822A1

DE10114822A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln oder Steuern der Energiezufuhr zu Heizkörpern in einem Heizsystem und Verwendung einer Pumpe zu diesem Zweck

Info

Publication number: DE10114822A1
Application number: DE10114822A
Authority: DE
Inventors: Harry Gerstner; Dieter Pfannstiel
Original assignee: Siemens Building Technologies AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-10

Abstract

Bei einem Heizsystem wird die Gesamtenergiezufuhr dadurch vermindert, daß die Pumpe (5) in den Phasen des Heizbetriebs und der Nachtabsenkung sowie in der Hauptheizperiode auf einen verminderten Wert des Volumenstroms bei Begrenzung der Vorlauftemperatur auf einen Maximalwert abgesenkt wird. Mit der Heizkreisregelung (6) ist über eine Verbindungsleitung (8) eine Pumpenregelung (7) verknüpft, welche die Drehzahl der Pumpe (5) entsprechend regelt oder steuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vor richtung zum Regeln oder Steuern der Energiezufuhr zu Heizkör pern in einem Heizsystem nach den Oberbegriffen der Patentan sprüche 1 und 4 sowie auf die Verwendung einer Pumpe zu diesem Zweck.

Ein ähnliches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind be reits bekannt (TAB/MSR96, Seiten 48 und 49). Durch die Ver knüpfung von Pumpen- und Heizkreisregelung ist eine Optimie rung des Energieverbrauchs möglich. Dadurch, daß die Pumpen leistung selbst bei einer Anhebung der Kessel- oder Vorlauf temperatur des Heizmediums gesenkt wird, kann der Primärener gieeinsatz der gesamten Anlage vermindert werden.

Erst bei sehr niedrigen Außentemperaturen wird die Pumpen leistung auf den maximalen Volumenstrom des in der Vorlauf leitung oder der Rücklaufleitung fließenden Heizmediums einge stellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf möglichst einfa che Weise den Gesamtenergieverbrauch und möglichst auch Strö mungsgeräusche, besonders zu Zeiten der Nachtruhe, noch weiter zu vermindern.

Die Erfindung ist hinsichtlich des Verfahrens im Anspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung im Anspruch 4 gekennzeichnet. Eine erfindungsgemäß bevorzugte Verwendung einer Pumpe ist im Anspruch 9 beansprucht. In Unteransprüchen sind bevorzugte Ausbildungen beansprucht und in der folgenden Beschreibung so wie den Zeichnungen sind weitere bevorzugte Ausführungsbei spiele für die Erfindung beschrieben und zeichnerisch darge stellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Differenz der Rücklauftemperatur von der Vorlauftemperatur, das sogenannte "Delta T", durch Erhöhen des Volumenstroms gegenüber redu ziertem Volumenstrom bei reduzierter Energiezufuhr auf einen gewünschten Wert begrenzt. Dies wird als "Delta T-Begrenzung" im folgenden bezeichnet.

Darüber hinaus ist es zweckmäßig, daß bei größerem Delta T, insbesondere entsprechend dem berechneten Volumenstrom aus der Delta T-Begrenzung, der Volumenstrom unter ständiger Berech nung des aktuellen Delta T zusätzlich über den Volumenstrom hinaus vergrößert bzw. korrigiert wird, der für die Vorlauf temperaturbegrenzung und gegebenenfalls die Delta T-Begrenzung eingestellt ist. Dies wird im folgenden als "Delta T-Über wachung" bzw. "Delta T-Regelung" bezeichnet.

Um allzu sprunghafte Änderungen und Instabilisierungen der Re gelung zu vermeiden, empfiehlt es sich, wenn die ermittelten Werte der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur gefil tert, d. h. deren Anstiegsgeschwindigkeiten gemildert werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung regelt bzw. verstellt die Pumpenregelung den reduzierten Volumenstrom bei Über schreiten oder Erreichen der maximalen Vorlauftemperatur auf einen höheren Wert und bei Unterschreiten der maximalen Vor lauftemperatur wieder auf einen niedrigeren Wert.

Es empfiehlt sich, die Pumpenregelung mit der Heizkreisrege lung derart zusammenwirken zu lassen, daß das Delta T durch Erhöhen des Volumenstroms über den reduzierten Wert auf einen Sollwert begrenzt wird. Dabei ist es auch zweckmäßig, daß sich der Volumenstrom um einen Korrekturwert auf einen höheren Wert erhöht, wenn sich ein größeres Delta T ergibt als der Sollwert des Delta T.

Die Regelung der Pumpe erfolgt in zweckmäßiger Weise durch ei ne separate Steuerleitung, über welche zur Regelung bzw. Ver stellung der Pumpendrehzahl pulsweitenmodulierte Gleich spannungssignale von der Heizkreisregelung aus beaufschlagbar sind.

Ein bevorzugter Betrieb ist folgender:

a) Im Heizbetrieb arbeitet die Pumpe größtenteils mit dem minimalen reduzierten Volumenstrom,
b) Im Nachtabsenkbetrieb arbeitet die Pumpe immer mit dem minimalen reduzierten Volumenstrom,
c) In der ersten Phase des Aufheizbetriebs arbeitet die Pum pe mit maximalem Volumenstrom und
d) in einer späteren Phase des Aufheizbetriebs arbeitet die Pumpe mit reduziertem, der aktuellen Außentemperatur ent sprechend berechneten Volumenstrom.

Für ein Heizsystem der oben genannten Art empfiehlt sich die Verwendung einer Pumpe, deren Drehzahl bzw. Förderleistung verstellbar bzw. regelbar ist. Eine derartige Umwälzpumpe im Heizkreis, beispielsweise der Vorlauf- oder Rücklaufleitung, soll die Drehzahlregelung bzw. -verstellung pulsweitenmodu liert vornehmen, weshalb eine solche Pumpe im folgenden kurz "PWM-Pumpe" genannt wird.

Es empfiehlt sich, die Pumpenregelung bzw. -verstellung von der Heizkreisregelung aus erfolgen zu lassen. Dabei ist es ratsam, einen PI-Regler zur Regelung bzw. Verstellung der Pum pendrehzahl zu verwenden.

Für die Regelung bzw. Verstellung der Pumpendrehzahl empfiehlt sich ein Regelalgorithmus mit folgenden Kriterien:

1. Steigerung des Brennwertnutzens durch möglichst niedrige Rücklauftemperatur,
2. gleichbleibende Heizkörperleistung und daher gleichblei bender Raumkomfort und gleichbleibende Behaglichkeit so wie
3. Verhinderung der Unterversorgung von Räumen mit Energie durch zu niedrige Drehzahl bzw. zu niedrigen Volumen strom.

Es versteht sich, daß nach der Montage vor Ort keine kompli zierten Einstellungen vorgenommen werden müssen; die Einstell parameter sollen für den Heizungsfachmann einfach und auch leicht nachvollziehbar sein. Auch die Bewohner der betref fenden Räume sollen durch einen einfachen Einstellparameter die Möglichkeit haben, bei Problemen wie Unterversorgung mit Heizenergie eingreifen zu können. So sollte beispielsweise die Heizkennlinie auch bei tiefsten Außentemperaturen durch Ver ändern der Steilheit so eingestellt werden können, daß die ge wünschte Vorlauftemperatur erreicht wird. Der Regelalgorithmus berechnet zu dem Heizkennlinienwert einen entsprechenden Kor rekturfaktor.

Im übrigen erfolgt die Berechnung der Heizkörperwärmeleistung nach den Regeln der Wärmebedarfsberechnung in "DIN 4701" für das betreffende Gebäude. Die Heizkörper werden entsprechend Auslegungstabellen der Herstellung bei maximalem Volumenstrom und der angegebenen Spreizung zwischen Vorlauf- und Rücklauf temperatur, z. B. 70/50 dimensioniert. Dabei werden nach der folgenden Tabelle. Heizkörperexponenten n für verschiedene Heizsysteme berücksichtigt.

Die Zeichnungen, auf die im folgenden Bezug genommen wird, stellen folgendes dar:

Fig. 1 Ein schematisches Schalt- und Durchflußbild eines Heizungssystems,

Fig. 2 Den Zusammenhang zwischen verschiedenen Temperaturen,

Fig. 3 Die Vorlaufsolltemperatur bei Delta T-Begrenzung,

Fig. 4 Den graphischen Zusammenhang zur Berechnung des neu en Volumenstroms,

Fig. 5 Gleichfalls einen graphischen Zusammenhang zur Be rechnung des neuen Volumenstroms,

Fig. 6 Den Heizkörperexponenten n in Abhängigkeit des Heiz mittelmassenstroms,

Fig. 7 Auswirkungen einer geänderten Rohrnetzkennlinie auf den Betriebspunkt,

Fig. 8 Einen Funktionsblock für die allgemeinen Berech nungen,

Fig. 9 Einen Funktionsblock für den Ablauf der Vorlauf maxbegrenzung und

Fig. 10 die Zusammenschaltung der beiden Funktionsblöcke.

Gemäß Fig. 1 wird ein Heizmedium, zum Beispiel Wasser, im Heizkessel 1, der auch mit einem Brenner ausgerüstet ist, er wärmt und über die Vorlaufleitung 2 mit Hilfe der Umwälzpumpe 5 zu einem oder mehreren Heizkörpern 3 und von diesen über die Rücklaufleitung 4 wieder zurück zum Heizkessel gefördert. Die Heizkreisregelung 6 ist mit den ermittelten Werten für die Au ßentemperatur ϑ_A, die Vorlauftemperatur ϑ_VL und die Rücklauf temperatur ϑ_RL beaufschlagt. Die Differenz zwischen der Rück lauftemperatur und der Vorlauftemperatur ist das Delta T (Δϑ). Auch die Pumpe 5 wird hinsichtlich ihrer Drehzahl bzw. ihres Volumenstroms durch eine Pumpenregelung 7 geregelt bzw. gesteuert. Die Heizkreisregelung 6 und die Pumpenregelung 7 sind miteinander durch eine insbesondere zweiadrige Verbin dungsleitung 8 verknüpft.

Im Folgenden wird auf verschiedene Detailaspekte der Erfindung näher eingegangen:

Durch eine Verminderung des Volumenstroms durch den Heizkörper ändert sich die Wärmeabgabe desselben, da die mittlere Heiz körpertemperatur sinkt. Um dies auszugleichen, muß die Vor lauftemperatur entsprechend angehoben werden. Im folgenden wird der Korrekturwert für die Vorlauftemperatur berechnet.

2.1 Wärmebedarf

Der Wärmebedarf für ein Haus wird nach DIN 4701 [2] entsprechend der jeweiligen Klimazone für die Normaußentemperatur und für eine Raumtemperatur von z. B. 20°C ermittelt (_Nenn = 100%). Basierend auf der einfachen Wärmebilanzgleichung für den stationären Fall lässt sich der aktuelle Wärmebedarf _akt in Abhängigkeit der Außentemperatur ϑ_A (hier bezogen auf eine Außentemperatur von -20°C), für eine konstante Außentemperatur, wie folgt angeben:

Der Faktor ⬩ beschreibt das Verhältnis des aktuellen Wärmebedarfs zu dem Wärmebedarf im Auslegungspunkt. Der aktuelle Wärmebedarf _akt beinhaltet den Transmissionswärmeverlust und den Lüftungswärmeverlust. Eingerechnet sind dann z. B. auch Zuschläge für die Himmelsrichtung. Es gilt somit auch:

Nach Gleichung 2.1 bzw. 2.2 ergibt sich für den Faktor ⬩ der in Bild 2.1 dargestellte Zusammenhang für eine minimale Außentemperatur von -20°C und einer maximalen Außentemperatur von +20°C.

Bild 2.1

Wärmebedarf in Abhängigkeit der Außentemperatur

2.2 Heizkennlinie

Für die Berechnung des Sollwertes für die Kesselwasser temperaturregelung

ϑ_{VL SOLL} = f (ϑ_iSoll, ϑ_A) (2.3)

wird die Heizkennlinie bei witterungsgeführten Regelein richtungen (z. B. gem. EN 12098-1) verwendet.

Verändert werden können dabei:

- Die Steilheit Sth zur Einregulierung der Anlage im Auslegungspunkt und
- die Raumsolltemperatur ϑ_iSOLL durch den Benutzer.

Die Steilheit sollte dabei nur vom Heizungsfachmann (Installateur) verstellt werden.

Die Heizkennlinien hängen dabei vom gewählten Heizsystem ab und zwar in Verbindung mit der Wärmebedarfsberechnung (DIN 4701) für das Gebäude. Bei dieser Berechnung wird nach DIN 4710 (Teil 2) die tiefste Zweitagesmittel Lufttemperatur ϑ_A in °C (10 mal in 20 Jahren) zugrunde gelegt.

Tabelle 2.2

Zusammenhang zwischen den Pumpenparametern

Der Volumenstrom, der sich im gesamten Einstellbereich ergibt ist 0 bis 100%. Bei der internen Berechnung wird für x auch immer der Bereich 0 bis 1 (= 0 bis 100%) für den Volumenstrom zugrunde gelegt. Dieser liegt aber eingeschränkt im Bereich des gesamten Volumenstromes. Alle anderen Einstellwerte müssen dementsprechend umgerechnet.

2.4.3 Einzustellende Pumpenparameter

Da Pumpen unterschiedlicher Hersteller als auch Pumpen unterschiedlicher Leistungsklassen eingesetzt werden können, müssen die entsprechenden Pumpenparameter an der Regelung eingestellt werden können. Dazu sind unterschiedliche Einstellebenen vorgesehen.

Heizungsfachfirma

- Drehzahlstufe der Pumpe im Nennpunkt (entspricht maximaler Volumenstrom für diese Anlage - Nennpunkt - bzw. Auslegungseinstellung),
- reduzierter Volumenstrom (bezogen auf maximalen Volumenstrom im Nennpunkt).

Interne Parameter

- Maximale Förderhöhe bei höchster Drehzahlstufe bzw. Drehzahl,
- minimale Förderhöhe bei niedrigster Drehzahlstufe bzw. Drehzahl,
- maximale Drehzahlstufe der Pumpe,
- minimale Drehzahlstufe der Pumpe,
- maximaler Modulationsbereich der Pumpe,
- minimaler Modulationsbereich der Pumpe,
- minimaler Volumenstrom für die interne Berechnung,
- minimaler Volumenstrom für die interne Berechnung.

Für die Berechnung der mittleren Heizkörpertemperatur genügt normalerweise das arithmetische Mittel, bei größeren Temperaturspreizungen ist jedoch das logarithmische Mittel einzusetzen, wenn

ist.

2.3.1.1 Berechnung der neuen Vorlauftempetatur bei logarithmischer Mittelwertbildung

Der logarithmische Mittelwert für die Heizkörpertemperatur wird wie folgt berechnet.

Grundlage der Berechnung der neuen Vorlauftemperatur ist, dass die mittlere Heizkörperübertem peratur durch die Änderung des Volumenstromes gleich bleiben muss. D. h. die Wärmeabgabe des Heizkörpers bei maximalem Volumenstrom muss gleich der Wärmeabgabe bei reduziertem Volumenstrom sein. Für die Wärmeabgabe des Heizkörpers in Abhängigkeit des Faktors ϕ gilt bei 100% Volumehstrom somit:

Die gleiche Wärmeleistung muss der Heizkörper auch abgeben, wenn er mit reduziertem Volumenstrom betrieben wird. Dazu muss die Vorlauftemperatur angehoben werden und es ergibt sich auch eine andere Rücklauftemperatur.

Die Heizkörperleistung bei reduziertem und maximalem Volumenstrom muss gleich sein.

So erhält man die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der bekannten Größen:

Der Zusammenhang zwischen den verschiedenen Temperaturen ist Fig. 2 dargestellt.

2.3.2 Berechnung der neuen Vorlauftemperatur bei vorgegebenen Delta-T

Da bei Thermen der Wunsch besteht, das Delta-T zu begrenzen, muss der Korrekturwert für die Vorlauftemperatur so ausgerechnet werden, damit sich das gewünschte (vorgegebene) Delta-T einstellt. Dazu muss der Volumenstrom ausgerechnet werden, der dazu einstellt werden muss. Der reduzierte Volumenstrom muss dann erhöht werden, wenn das aktuelle Delta-T bei reduzier tem Volumenstrom (Δϑ_akt,red) größer dem vorgebenen Delta-T (Δϑ_Soll) ist.

D. h., wenn gilt

Daraus ergibt sich die Grenze für den Wärmebedarf bzw. für die Außentemperatur, ab dem mit einem geänderten Algorithmus gerechnet werden muss:

Übersteigt nach Gleichung 2.18 das aktuelle Δϑ_akt,red das vorgegebene Delta-T-Soll (Δϑ_Soll), so kann nach Gleichung 2.37 der neue Volumenstrom x* berechnet werden:

Mit dem berechneten x* kann nun nach Gleichung 2.18 der Korrekturwert für die Vorlauftempe ratur berechnet werden. Statt x ist in der Gleichung x* einzusetzen.

Der neue Vorlauftemperatur-Sollwert berechnet sich dabei aus dem Vorlauftemperatur-Sollwert bei 100% Volumenstrom und der Korrektur nach Gleichung 2.17. Fig. 3 zeigt den Verlauf des neuen Vorlauftemperatur-Sollwertes bzw. des berechneten Vorlauftemperatur-Korrekturwertes zum Vorlauftemperatur-Sollwert der Heizkennlinie.

2.3.3 Berechnung des neuen Volumenstromes bei maximaler Vorlauftemperatur

Bis zum Erreichen der vorgegebenen maximalen Vorlauftemperatur kann der Korrekturwert für die Vorlauftemperarur nach Gleichung 2.17 berechnet werden. Ist die maximale Vorlauftempera tur erreicht (z. B. die Raumsolltemperatur wurde erhöht), so muss die Drehzahl der Pumpe bzw. der Volumenstrom erhöht werden, um eine Reduzierung der Heizkörperwärmeleistung zu verhindern. Durch die Einstellung der

- maximalen Vorlauftemperatur,
- der Steilheit der Heizkennlinie,
- des Raumsollwertes und
- des minimalen (reduzierten) Volumenstromes

ist dieser Punkt in Abhängigkeit der Außentemperatur variabel und auch beliebig.

Bei der Berechnung des neuen Volumenstromes müssen dabei zwei Fälle unterschieden werden:

- Der neu berechnete Sollwert für die Vorlauftemperatur liegt über der Vorlaufmaximaltempe ratur. D. h. in diesem Fall muss der Volumenstrom erhöht werden, um die Vorlauftemperatur abzusenken.
- Der neu berechnete Sollwert für die Vorlauftemperatur liegt unterhalb der Vorlaufmaximal temperatur und der aktuelle Volumehstrom ist größer als der reduzierte Volumenstrom. D. h. in diesem Fall kann der Volumenstrom reduziert werden, um die Vorlauftemperatur entspre chend anzuheben.

2.3.3.1 Berechnete Vorlaufsolltemperatur liegt über der maximalen Vorlauftemperatur

Der Schnittpunkt der Heizkennlinie bei reduziertem (minimalem) Volumenstrom mit der Geraden der maximalen Vorlauftemperatur definiert den Punkt, ab dem auf alle Fälle der Volumenstrom erhöht werden muss. Es gilt nun diesen Volumenstrom x_akt zu berechnen. In Fig. 4 ist der Zusammenhang grafisch dargestellt.

Zur Berechnung des neuen Volumenstromes muss bekannt sein, um wieviel dieser angehoben werden muss, um die Vorlauftemperatur um einen gewissen Betrag Δϑ_Zuviel wieder abzusenken. Die Differenz Δϑ_Zuviel ist diejenige Temperaturdifferenz, um die die Vorlauftemperatur nicht angehoben werden darf, weil diese bereits bei ϑ_VL,max beschränkt wurde. Diese Differenz muss durch Erhöhen des Volumenstromes ausgeglichen werden.

Es gilt:

Δϑ_Zuviel = ϑ_VL,akt - ϑ_VL,max (2.38)

Für das Einstellen des neuen Sollwertes wird eine "tote Zone" von 1.0 K zugelassen. D. h. wenn Δϑ_Zuviel ≦ 1.0 K ist, wird Δϑ_Zuviel zu "Null" gesetzt.

Die Berechnung bezieht sich dabei auf den aktuellen Volumenstrom x_akt. In Fig. 4 ist dies entsprechend dargestellt. Dort ist auch berücksichtigt, dass die maximale Vorlauftemperatur unabhängig von der Heizkennlinieneinstellung ist. D. h. die maximale Vorlauftemperatur liegt höher als die Vorlauftemperatur im Auslegungspunkt.

Bei x = x_akt würde die Vorlauftemperatur ϑ_VL theoretisch den Wert ϑ_VL,akt erreichen und würde somit mit Δϑ_VL,Zuviel über der maximalen Vorlauftemperatur liegen.

Es muss somit der Volumenstrom so erhöht werden, damit Δϑ_VL,Zuviel ausgeglichen wird. Dazu wird der Verstärkungsfaktor K_x definiert, der dies beschreibt (siehe Fig. 4),

Wobei ϑ_VL,akt nach Gleichung 2.17 berechnet wird, indem für x das aktuelle x_akt eingesetzt werden muss und ϑ_VL,100 ist die aktuelle Vorlauftemperatur bei 100% Volumenstrom (x = x_max). Für die Berechnung des neuen Volumenstromes gilt somit

x_akt = K_x . Δϑ_VL,Zuviel + x_akt (2.40)

K_x muss somit dauernd berechnet werden, da dieser von sämtlichen Einstellungen abhängt bzw. Einstellparameter auch im laufenden Betrieb verändert werden können (z. B. Raumsolltempera tur).

Liegt die maximale Vorlauftemperatur ϑ_VL,max über der Vorlauftemperatur im Auslegungspunkt (siehe Fig. 4), so wird bei ϑ_A,min dann der Volumenstrom keine 100% erreichen, denn im Auslegungspunkt wird die Vorlauftemperatur ϑ_VL durch eine Reduzierung des Volumenstromes nämlich auf ϑ_VL,max angehoben.

2.3.3.2 Berechnete Vorlaufsolltemperatur liegt unterhalb der maximalen Vorlauftemperatur

Wurde, wie im vorangegangen Kapitel beschrieben, der Volumenstrom erhöht, weil die Vorlauf temperatur die maximale Vorlauftemperatur überschritten hatte, so muss im gleichen Zuge der Volumenstrom wieder reduziert werden, wenn die Vorlauftemperatur unterhalb der Vorlaufma ximaltemperatur liegt.

Es gilt nun auch diesen Volumenstrom x_akt zu berechnen. In Fig. 5 ist dieser Zusammenhang grafisch dargestellt. Zur Berechnung des neuen Volumenstromes muss bekannt sein, um wieviel dieser reduziert werden muss, um die Vorlauftemperatur um einen gewissen Betrag Δϑ_Zuwenig wieder anzuheben. Die Differenz Δϑ_Zuwenig ist diejenige Temperaturdifferenz, um die die Vorlauftemperatur nicht reduziert werden darf, weil diese bereits bei unterhalb von ϑ_VL,max liegt. Diese Differenz muss durch eine Reduzierung des Volumenstromes ausgeglichen werden.

Es gilt:

Δϑ_Zuwenig = ϑ_VL,max - ϑ_VL,akt (2.41)

Für das Einstellen des neuen Sollwertes wird eine "tote Zone" von 1.0 K zugelassen. D. h. wenn Δϑ_Zuwenig ≦ 1.0 K ist, wird Δϑ_Zuwenig zu "Null" gesetzt.

Die Berechnung bezieht sich dabei auf den aktuellen Volumenstrom x_akt. Fig. 5 ist dies entsprechend dargestellt. Bei x = x_akt würde die Vorlauftemperatur ϑ_VL theoretisch den Wert ϑ_VL,akt erreichen und würde somit mit Δϑ_VL,Zuwenig unter der maximalen Vorlauftemperatur liegen.

Es muss somit der Volumenstrom so reduziert werden, damit Δϑ_VL,Zuwenig ausgeglichen wird. Dazu wird der Verstärkungsfaktor K_x wieder verwendet, der nun wie folgt berechnet wird:

Wobei ϑ_VL,red (X_akt) nach Gleichung 2.17 berechnet wird, indem für x das aktuelle x_akt eingesetzt werden muss und ϑ_VL,red (x_red) ist die Vorlauftemperatur bei minimalem Volumenstrom (x = x_min), die eingestellt werden würde, wenn x gleich x_min wäre. Für die Berechnung des neuen Volumenstromes gilt somit

x_akt = K_x.Δϑ_Zuwenig + x_akt (2.43)

K_x muss auch hier dauernd berechnet werden, da dieser von sämtlichen Einstellungen abhängt bzw. Einstellparameter auch im laufenden Betrieb verändert werden können (z. B. Raumsolltem peratur).

2.3.4 Einfluss des Volumenstromes auf den Exponenten n

In Abschnitt 2.4.1 und 2.4.2 wurde vorausgesetzt, dass sich der Exponent n in Abhängigkeit des Volumenstromes nicht ändert und mit dieser Annahme wurde die mittlere logarithmische bzw. arithmetische Heizkörperübertemperatur berechnet bzw. konstant gehalten. Der Heizkörperexpo nent n kann nur im Bereich des Nennpunktes, d. h. bei x = 1.0 bzw. /_Nenn ~ 1.0 als Konstante nach Tabelle 2.1 angenommen werden (siehe Fig. 6).

Die Praxis sieht dagegen meist anders aus:

- die meisten Heizsysteme sind hydraulisch nicht abgeglichen,
- der theoretisch berechnete Betriebspunkt wird sich im realen Heizsystem so nicht einstellen.

Fig. 7 zeigt das Beispiel für eine Rohrnetzberechnung und anschließender Drehzahleinstellung der Umwälzpumpe. Durch die Sicherheitszuschläge bei der Rohrnetzberechnung stellt sich meist ein höherer Volumenstrom ein als erwartet. Entsprechend muss bei einer stufigen Pumpe und auch bei der drehzahlgeregelten Pumpe die Drehzahl reduziert werden, um den Nennvolumen strom im Auslegungspunkt einzustellen.

2.4.1 Ansteuerung der drehzahlgeregelten Pumpe

Angesteuert werden soll die Heizungsumwälzpumpe über eine separate Steuerleitung (2-adriges Kabel) mit einem pulsweitenmoduliertem Gleichspannungssignal. Die Datenübertragung erfolgt dabei nur in einer Richtung. d. h. von der Heizungsregelung zur Pumpe. Die Pumpe liefert keinerlei Informationen zurück. Bei einer Unterbrechung der Steuerleitung läuft die Pumpe dann automatisch mit maximaler Drehzahl.

PWM-Pumpe

- verschiedene Leistungsstufen plus Aus
- Beschreibung der Leistungsstufen durch einen Modulationsgrad (0 bis 100%)
- Modulationsbereich: 5 bis 90%
- Modulation 100% (= Stufe 24): Maximale Leistung
- Modulation 0%: Pumpe aus ( = Standby-Betrieb)

D. h. hierbei ist zu berücksichtigen, dass Modulationsgrad und Leistungsstufe umgekehrt propor tional zueinander sind. Weiterhin muss berücksichtigt werden, dass die Leistungsstufen und nicht der Volumenstrom verstellt wird und die Auswirkungen dieser Verstellung indirekt über das Heizsystem abgeleitet werden müssen.

Die heutigen Heizungsregelungen steuern die Umwälzpumpe direkt über ein Relaisausgang mit 230 Volt an. Für das Ein- und Ausschalten einer PWM-Pumpe gibt es zwei Möglichkeiten:

1. Relaisschaltung
Die Pumpe wird weiterhin über den Relaisausgang ein und ausgeschaltet und über das PWM-Signal und der Drehzahl verstellt.
2. PWM-Steuerung
Die Pumpe bleibt über das Relais dauernd am 230 Volt-Netz und die Pumpe wird über die PWM-Ansteuerung ein- und ausgeschaltet. Nachteil ist dabei der Stromverbrauch im Standby-Betrieb.

Wird die Pumpe nach Punkt 1 ausgeschaltet, so muss nach dem Einschalten die Pumpe in der Drehzahl von minimaler Drehzahl (Stufe 1) bis zur eingestellten reduzierten Drehzahl erst hochgefahren werden. Wird die Pumpe im Standby-Betrieb eingeschaltet, so läuft sie dann mit der eingestellten (vorgegebenen) Drehzahl.

2.4.2 Zusammenhang zwischen Modulationsgrad (Drehzahl) und Volumenstrom

Die Pumpe wird durch Vorgabe eines Modulationsgrades in der Drehzahl verstellt. Die Berech nung des Korrekturwertes für die Vorlauftemperatur basiert aber auf dem Volumenstrom. D. h. der Zusammenhang zwischen Drehzahl und Volumenstrom muss bei der Einstellung entspre chend berücksichtigt werden. In der Tabelle 2.2 ist der Zusammenhang zwischen Modulationsgrad, Drehzahl und Durchfluss dargestellt.

Regel- und Steuerstrategien 3.1 Unterscheidung der verschiedenen Betriebs- und Regelungsarten

Für die Regelung werden verschiedene Betriebs- als auch Regelarten unterschieden. Auf dieser Grundlage sind die Regelstrategien auch beschrieben. Ziel ist es durch eine gezielte Parameterän derung zwischen den einzelnen Betriebsarten "springen" zu können, ohne groß den Regelalgorith mus ändern zu müssen bzw. ein ganz anderen Algorithmus zu verwenden.

Betriebsarten der Regelung

- Normalbetrieb (Heizbetrieb)
- Abgesenkter (reduzierter) Betrieb
- Abschaltbetrieb

Betriebsarten des Brenners

- Modulationsbetrieb
- Zweipunktbetrieb

Regelungsarten der Pumpe

- Modulationsbetrieb der Pumpe mit Vorlaufmaxbegrenzung und Modulationsbetrieb der Pumpe ohne Delta-T-Begrenzung (Steuerung des Sollwertes)
- Modulationsbetrieb der Pumpe mit Vorlaufmaxbegrenzung und Modulationsbetrieb der Pumpe mit Delia-T-Begrenzung (Steuerung des Sollwertes)
- Modulationsbetrieb der Pumpe mit Vorlaufmaxbegrenzung und Modulationsbetrieb der Pumpe mit Delta-T-Begrenzung (Steuerung des Sollwertes) und nachgeschaltete Delta-T Überwachungsregelung

3.2 Beschreibung der verschiedenen Betriebs- und Regelungsarten 3.2.1 Betriebsarten der Regelung

Die verschiedenen Regelstrategien müssen entsprechend der eingestellten Betriebsart unterschie den werden, da es für den reduzierten Betrieb zwei Möglichkeiten der Realisierung gibt. Hier wäre eine softwaremäßige Codierung möglich.

Normalbetrieb (Heizbetrieb)

- Im normalen Heizbetrieb wird die Drehzahl der Pumpe während eines Großteils der Betriebs zeit auf der reduzierten Drehzahl (reduzierter Volumenstrom) betrieben und die Vorlauftem peratur wird, wie in Kapitel 2 beschrieben, entsprechend angehoben. Softwaremäßig kann die Delta-T-Begrenzung und die Delta-T-Regelung zu- oder abgeschaltet werden. Die Vorlauf maxbegrenzung ist entsprechend dem eingestellten Wert immer aktjv.

Reduzierter (abgesenkten Betrieb

- Im abgesenkten Betrieb wird generell nur der reduzierte (minimale) Volumenstrom verwendet. Die Vorlauftemperatur ergibt sich über die Heizkennlinie entsprechend der einge stellten reduzierten Raumsolltemperatur. Da die Vorlaufsolltemperatur nicht korrigiert wird, d. h. nicht angehoben wird, ist damit zu rechnen, dass es zu einer gewissen Unterdeckung kommt. D. h. in der Absenkphase wird der Raum somit stärker auskühlen als gewünscht. Da ein Großteil der Häuser heute zunehmend besser isoliert sind als früher, wird diese Unter deckung meist keine Probleme bereiten und zudem sind die meisten Heizkörper überdimen sioniert.
- Generell ist es auch im reduzierten Betrieb möglich, den Volumenstrom so zu berechnen, dass es entsprechend der eingestellten reduzierten Raumsolltemperatur zu keiner Unterdeckung kommt. D. h. hier kann auch der gleiche Algorithmus wie im normalen Heizbetrieb verwen det werden. Dieser Betriebsmodus kann softwaremäßig aktiviert werden. Ist die Delta-T-Be grenzung und/oder die Delta-T-Regelung aktiviert, so wirkt diese dann auch in dieser Betriebsart.

Abschaltbetrieb

- Funktion der Modulation der Pumpe ist außer Funktion, da die Heizung abgeschaltet ist.

Aufheizphase

- Um die Aufheizphase durch den reduzierten Volumenstrom nicht zu verlangsamen, wird generell nach einer Nachabsenkung oder Nachtabschaltung innerhalb der ersten halben Stunde mit vollem Volumenstrom die Anlage aufgeheizt. Danach erfolgt die Umschaltung auf denjenigen Volumenstrom, der entsprechend der aktuellen Außentemperatur berechnet wurde.

3.2.2 Betriebsarten des Brenners

Hinsichtlich der Brennerbetriebsarten braucht der Regelalgorithmus nicht unterschieden zu werden. Alle Einstellungen als auch Regelstrategien gelten sowohl für den Modulationsbetrieb des Brenners als auch für den Zweipunktbetrieb.

3.2.3 Regelungsarten der Pumpe

Für die Drehzahlsteuerung der Heizkreispumpe sind drei verschiedene Steuer- und Regelstrate gien vorgesehen:

- Nur Vorlaufmaxbegrenzung:
Es wird nur die Vorlauftemperatur entsprechend des eingestellten Vorlaufmaxwertes begrenzt, indem wie in Kapitel 2 beschrieben, der Volumenstrom erhöht wird, wenn der Vorlaufmaxwert erreicht bzw. überschritten wurde. Die Vorlaufmaxbegrenzung ist immer aktiv, diese ist somit bei den beiden anderen Regelstrategien automatisch mit hinterlegt.
- Mit Delta-T-Begrenzung:
Zusätzlich zur Vorlaufmaxbegrenzung wird das errechnete Delta-T durch Erhöhen des Volumenstromes auf den gewünschten (eingestellten) Wert begrenzt. Da es sich dabei um eine reine Steuerung handelt, wird sich dieser idealer Wert in der Praxis nur selten einstellen. Das sich in der Praxis einstellende Delta-T wird vermutlich die meiste Zeit kleiner sein. Da die Delta-T-Begrenzung gleichzeitig mit der Vorlaufmaxbegrenzung arbeitet, ergibt sich der einzustellende Volumenstrom aus diesen beiden Berechnungen.
- Mit Delta-T-Überwachung:
Mit der Delta-T-Überwachung ist automatisch die Delta-T-Begrenzung aktiviert. Stellt sich entsprechend des berechneten Volumenstromes aus der Delta-T-Begrenzung ein größeres Delta-T in der Realität ein als angenommen, so wird bei aktivierter Funktion "Delta-T-Über wachung" zusätzlich auf den eingestellten Volumenstrom der Vorlaufmaxbegrenzung und/ oder Delta-T-Begrenzung eingegriffen und der Volumenstrom wird entsprechend erhöht. Dabei wird die Vor- und Rücklauftemperatur gemessen und somit ständig das aktuelle Delta-T berechnet. Zur Glättung der gemessenen Werte werden diese tiefpaßgefiltert, um ein dauerndes Verstellen der Heizkreispumpe zu vermeiden.

3.4 Beschreibung der Algorithmen der verschiedenen Regel- und Steuerstrategien

Mit der im Kapitel 2 beschriebenen theoretischen Betrachtung, werden in diesem Kapitel die verschiedenen Steuer- und Regelstrategie für die unterschiedlichen Betriebsarten beschrieben. Bei der Beschreibung wird dabei auf die entsprechenden Gleichungen Bezug genommen.

3.4.1 Kurzbeschreibung der einzelnen Funktionsblöcke

Für den Gesamtablauf der Regelung sind im Ablaufschema die Funktionsblöcke der jeweiligen Funktion aufgeführt. In den Blöcken haben diese folgende Bedeutung:

- Erfassung der A/D-Werte:
Erfassen der Messwerte bzw. der eingestellten Parameter über den A/D-Wandler.
- Berechne Phi:
Berechnung des aktuellen Phi's in Abhängigkeit der aktuellen Außentemperatur (Gleichung 2.2).
- Heizkennlinie:
Berechnung der Vorlaufsolltemperatur in Abhängigkeit der aktuellen Außentemperatur, der aktuell eingestellten Steilheit und Raumsolltemperatur (Gleichung 2.3).
- Berechne Temperaturen 100:
Berechnung der Temperaturen bei maximalem Volumenstrom (100%) in Abhängigkeit der aktuellen Außentemperatur und dem aktuellen Phi.
- Berechne Temperaturen red:
Berechnung der Temperaturen und des Korrekturwertes für die Vorlauftemperatur bei reduziertem Volumenstrom, d. h. bei dem jeweils aktuellen Volumenstrom, in Abhängigkeit der aktuellen Außentemperatur, dem aktuellen Phi und der eingestellten Raumsolltem peratur.
- VL-Max-Begrenzen:
Berechnung des einzustellenden Volumenstromes, wenn die berechnete Vorlaufsolltemperatur die maximale Vorlauftemperatur überschritten hat.
- Delta-T-Begrenzen:
Berechnung des einzustellenden Volumenstromes bei vorgegebenem Delta-T.
- Delta-T-Überwachungsregelung:
Überwachung des aktuell gemessenen Delta-T's und Korrektur des einzustellenden Volumen stromes.
- Ausgabe D/A-Werte:
Ausgabe der einzustellenden Parameter über den D/A-Wandler.

3.4.2 Funktionsblock "Allgemeine Berechnungen"

Fig. 8 zeigt den Funktionsblock der allgemeinen Berechnungen, der bei den verschiedenen Steuerstrategien wiederkehrend verwendet wird.

3.4.3 Funktionsblock "Vorlaufmaxbegrenzung"

Fig. 9 zeigt die Einbindung der Vorlaufmaxbegrenzung in den Ablauf der Berechnung. Der Block "Allgemeine Berechnungen" steht dabei für die Detailbeschreibung nach Abschnitt 3.4.2.

3.4.4 Delta-T-Begrenzung

Die Beschreibung der Funktion "Delta-T-Begrenzung" ist aufgeteilt in die Ablaufbeschreibung der eigentlichen Funktion "Delta-T-Begrenzung" nach Kapitel 3.4.4.1 und in der Zusammen schalturg mit der Vorlaufmaxbegrenzung (Kapitel 3.4.4.2).

3.4.4.1 Funktionsblock "Delta-T-Begrenzung"

Das Ergebnis dieser Funktion ist der aktuelle Volumenstrom x_akt.

3.4.4.2 Funktionsblock "Vorlaufmaxbegrenzung" und "Delta-T-Begrenzung"

Die Ergebnisse der Berechnung der aktuellen Vorlauftemperatur aus den beiden Blöcken "Vorlaufmaxbegrenzung" und "Delta-T-Begrenzung" liefert unterschiedliche Ergebnisse. Für die Einstellung des neuen Volumenstromes aus diesen beiden Funktionen ist der größte Wert zu verwenden. Daher schließt sich den beiden Funktionen eine Abfrage und Vergleich der berechne ten Volumenströme an.

3.5 Delta-T-Überwachung 3.5.1 Filterung der Vor- und der Rücklauftemperatur

Die gemessene Vor- und Rücklauftemperatur werden zur Delta-T-Überwachung beide gefiltert. Dadurch können die gefilterte Vor- und Rücklauftemperatur auch im Zweipunktbetrieb des Brenners verwendet werden. Dieses Filter verhindert, dass schnelle Änderungen der Vorlauftem peratur im Taktbetrieb ein ebenso schnelles Verstellen der Pumpe nach sich zieht. Es wird ein Filter mit nachlassendem Gedächtnis verwendet.

3.5.2 Regelalgorithmus

Zur Delta-T-Uberwachung und deren Regelung wird ein Standard PI-Regler eingesetzt. Zuerst wird die Delta-Differenz der gefilterten Vor- und Rücklauftemperatur gebildet. Anschließend wird die Regeldifferenz e gebildet:

Δϑ = ϑ_VL,gefiltert - ϑ_RL,gefiltert (3.3)

e = Δϑ_Soll - Δϑ (3.4)

Für e wird eine "tote Zone" von 1 K verwendet. Liegt e innerhalb dieser Zone erfolgt keine Verstellung des Volumenstromes. Als Regler wird ein PI-Regler verwendet, der entsprechend der Gleichung 3.5 programmiert ist und die Einstellung des reduzierten Volumenstromes (x_red) verschiebt:

x_red wird im Stellbereich durch x_max (= 100%) und durch x_min (einstellbar in der Fachmannsebene) begrenzt. Mit x_red wird somit die untere Grenze der Vorlaufmax-Begrenzung und der Delta-T-Begrenzung beeinflußt bzw. verschoben. Als Abtastzeit T₀ wird ein Vielfaches der Abtastzeit verwendet, als bei der Brenner-Modulationsregelung, da das Heizsystem von der Dynamik träger ist als die Kesselleistungsregelung. D. h. der Pumpenmodulationsregelkreis wird um den Faktor XT langsamer abgetastet. Für die Abtastzeit T_T0,Pumpe des Pumpenkreises gilt:

T_0,Pumpe = XT.T₀ (3.6)

Bei einem reinen PI-Regler ist der Reglerparameter q₂ somit gleich null. Verändert werden können, in der Fachmannsebene dabei die analogen Parameter, da diese einfacher nachzuvollzie hen sind als die digitalen Reglerparameter.

3.5.3 Delta-T-Überwachung bei den verschiedenen Betriebsarten Nachtabsenkung (reduzierter bzw. abgesenkter Betrieb)

- Im abgesenkten Betrieb wird generell nur der reduzierte (minimale) Volumenstrom verwendet. Die Vorlauftemperatur ergibt sich über die Heizkennlinie entsprechend der einge stellten reduzierten Raumsolltemperatur. Da die Vorlaufsolltemperatur nicht korrigiert wird, d. h. nicht angehoben wird, ist damit zu rechnen, dass es zu einer gewissen Unterdeckung kommt. D. h. in der Absenkphase wird der Raum somit stärker auskühlen als gewünscht. Da ein Großteil der Häuser zunehmend besser isoliert werden, wird diese Unterdeckung meist keine Probleme darstellen.
- Generell ist es auch im reduzierten Betrieb möglich, den Volumenstrom so zu berechnen, dass entsprechend der eingestellten Raumsolltemperatur die Vorlauftemperatur so berechnet wird, dass es zu keiner Unterdeckung kommt. D. h. hier könnte der gleiche Algorithmus wie im normalen Heizbetrieb verwendet werden. Dieser Betriebsmodus kann softwaremäßig aktiviert werden. Ist die Delta-T-Begrenzung und/oder die Delta-T-Regelung aktiviert, so wirkt diese auch in dieser Betriebsart.

Aufheizphase

Brennerbetriebsarten

- Hinsichtlich der Brennerbetriebsarten (Zweipunkt- oder Modulationsbetrieb) wird bei der Delta-T-Überwachung nicht unterschieden. Der Algorithmus ist sowohl im Modulationsbe trieb und im Zweipunktbetrieb bei laufendem oder ausgeschaltetem Brenner stets aktiv.

3.6 Zusammenschaltung der einzelnen Module

Die einzelnen Module wie

- Delta-T-Begrenzung und
- Delta-T-Überwachung

können softwaremäßig ein- oder ausgeschaltet werden. Nur die Vorlaufmaxbegrenzung ist stets aktiv und kann nicht abgeschaltet werden. Weiterhin kann im Absenkbetrieb die Delta-T-Begren zung und die Delta-T-Überwachung aktiviert bzw. ausgeschaltet werden.

Fig.

10 zeigt das Blockschaltbild der gesamten Delta-T-Regelung mit der Zusammenschaltung der einzelnen Module.

Abkürzungen und Formelzeichen

Symbol - Bezeichnung
a Wärmetauscherkennwert
a100 Wärmetauscherkennwert bei maximalem Volumenstrom
a₀

, a₁

, a₂

Koeffizienten der Heizkennlinie
c Wärmekapazität
e Regeldifferenz
f Korrekturfaktor
K_P

Reglerverstärkungsfaktor
K_x

Verstärkungsfaktor
k Diskrete Zeit (= t/T₀

)
LF Leistungsfaktor
Massenstrom
_Nenn

Massenstrom bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt)
n Heizkörperexponent
n₁₀₀

Heizkörperexponent bei maximalem Volumenstrom
n_red

Heizkörperexponent bei reduziertem Volumenstrom
n_max

Drehzahl der Umwälzpumpe bei maximalem Volumenstrom
Wärmestrom
_akt

Aktueller Wärmestrom
_HK,akt

Aktuelle Heizkörper-Wärmeleistung
_HK,Nenn

Heizkörper-Wärmeleistung bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt)
Q_max

Maximaler Wärmebedarf
_Nenn

Wärmestrom bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt)
q₀

, q₁

, q₂

Reglerparameter des diskreten Reglers
Sth Steilheit (Steigung) der Heizkennlinie
T_D

Vorhaltezeit (D-Anteil)
T_I

Nachstellzeit (I-Anteil)
T₀

Abtastzeit
T_0.Pumpe

Abtastzeit für Pumpenmodulationsregelung
t Aktuelle Zeit
u Stellgröße
_ist

= X_IST

Aktueller Volumenstrom in %
_Nenn

= X_Nenn

Volumenstrom bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) in %
x_akt

Aktuelles Verhältnis zwischen reduziertem zu maximalem Volumenstrom
x_max

Maximaler Volumenstrom in %
x_red

Reduzierter Volumenstrom in %
⬩ Verhältnis aktueller Wärmebedarf zu maximalem Wärmebedarf
δ Filterzeitkonstante
ϑ_A

Außentemperatur
ϑ_A ^R

Tiefste Zweitagesmittel-Lufttemperarur nach DIN 4701 (Teil 2)
ϑ_A,akt

Aktuelle Außentemperatur
θ_A,Grenze

Außentemperatur ab der der Volumenstrom erhöht bzw. reduziert werden muss
ϑ_A,max

Maximale Außentemperatur (Heizgrenze, ab der nicht mehr geheizt werden muss)
ϑ_A,min

Minimale Außentemperatur bei der _Nenn

benötigt wird
ϑ_i

Raumtemperatur
ϑ_iNenn

Raumtemperatur bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt)
ϑ_iSoll

Raumsolltemperatur
ϑ_ln,100

Mittlere log. Übertemperatur bei Nennbedingungen und max. Volumenstrom
ϑ_RL

Rücklauftemperatur
ϑ_RL,gefiltert

Gefilterte Rücklauftemperatur
ϑ_RL,Nenn,100

Rücklauftemperatur bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und maximalem Volumenstrom
ϑ_RL,Nenn,red

Rücklauftemperatur bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und reduziertem Volumenstrom
ϑ_RL,100

Rücklauftemperatur bei maximalem Volumenstrom (100%)
ϑ_RL,red

Rücklauftemperatur bei reduziertem Volumenstrom
ϑ_r

Taupunkttemperatur
ϑ_VL

Vorlauftemperatur
ϑ_VL,gefiltert

Gefilterte Vorlauftemperatur
ϑ_VL,Nenn,100

Vorlauftemperatur bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und maximalem Volumenstrom
ϑ_VL,Nenn,red

Vorlauftemperatur bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und reduziertem Volumenstrom
ϑ_VL,Soll

Sollwert für die Vorlauftemperarur bzw. Vorlauftemperatur-Regelung
ϑ_VL,akt

Aktuelle Vorlauftemperarur bei aktuellem Volumenstrom nach Heizkennlinie
ϑ_VL,max

Maximale Vorlauftemperatur im Heizsystem
ϑ_VL,100

Vorlauftemperatur bei maximalen Volumenstrom (100%) nach Heizkennlinie
ϑ_VL,red

Vorlauftemperatur bei reduziertem Volumenstrom nach Heizkennlinie
ϑ

Mittlere Heizkörperübertemperatur
ϑ_arith

Mittlere arithmetische Heizkörperübertemperatur
ϑ_l,red

Mittlere logarithmische Heizkörperübertemperatur bei reduziertem Volumenstrom
ϑ_ln

Mittlere logarithmische Heizkörperübertemperatur
Δϑ Temperaturdifferenz
Δϑ_akt,100

Aktuelle Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf bei maximalem Volumenstrom (100%) Δϑ_akt,red

Aktuelle Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf bei reduziertem Volumenstrom
Δϑ_Nenn,100

Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und maximalem Volumenstrom
Δϑ_Nenn,red

Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf bei Nennbedingungen (Auslegungspunkt) und reduziertem Volumenstrom
Δϑ_RL,100

Korrekturfaktor für die Rücklauftemperatur bei maximalem Volumenstrom
Δϑ_RL,red

Korrekturfaktor für die Vorlauftemperatur bei reduziertem Volumenstrom
Δϑ_Soll

Vorgegebenes Delta für die Delta-T-Begrenzung und Delta-T-Überwachung
Δϑ_VL,100

Korrekturfaktor für die Vorlauftemperatur bei maximalem Volumenstrom
Δϑ_VL,red

Korrekturfaktor für die Vorlauftemperatur bei reduziertem Volumenstrom
ΔX Volumenstromdifferenz in %
Δϑ_Zuviel

Temperaturdifferenz, die über der maximalen Vorlauftemperatur liegt
Δϑ_Zuwenig

Temperaturdifferenz, die unter der maximalen Vorlauftemperatur liegt

Claims

1. Verfahren zum Regeln oder Steuern der Energiezufuhr zu Heizkörpern in einem Heizsystem, die einen Vorlauf (2) zu den und einen Rücklauf (4) von den Heizkörpern (3) zur Heizmedienquelle, eine Pumpe (5) zum Einstellen des Volu menstroms (X) des Heizmediums im Vor- oder Rücklauf sowie Temperaturfühler für die Außentemperatur (ϑ_A) sowie die Vorlauftemperatur (ϑ_VL) und die Rücklauftemperatur (ϑ_RL) des Heizmediums und ein Steuer- oder Regelaggregat auf weisen, bei dem die Vorlauftemperatur (ϑ_VL) in Abhängig keit von mindestens einem ermittelten Temperaturwert und auch der Volumenstrom (X) gesteuert oder geregelt werden und bei dem die Vorlauftemperatur (ϑ_VL) auf einen maxima len Wert (ϑ_VLmax begrenzt wird (Vorlauftemperaturbegren zung), dadurch gekennzeichnet, daß das Delta T (Δϑ) d. h. der Differenz der Rücklauftemperatur (ϑ_RL) von der Vorlauftemperatur (ϑ_VL), durch Erhöhen des Volumenstroms (X) (gegenüber reduziertem Volumenstrom (X_red) bei redu zierter Energiezufuhr) auf einen gewünschten Wert (Δϑ_max) begrenzt wird (Delta T-Begrenzung).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei größerem Delta T (entsprechend dem berechneten Volu menstrom (X) aus der Delta T-Begrenzung) der Volumenstrom (X) unter ständiger Berechnung des aktuellen Delta T zu sätzlich über den Volumenstrom (X) hinaus vergrößert bzw. korrigiert wird, der für die Vorlauftemperaturbegrenzung und gegebenenfalls die Delta T-Begrenzung eingestellt ist (Delta T-Überwachung bzw. -Regelung).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Werte der Vorlauftemperatur (ϑ_VL) und der Rücklauftemperatur (ϑ_RL) gefiltert, d. h. deren Anstiegs geschwindigkeit gemildert werden.

4. Vorrichtung zum Regeln oder Steuern der Energiezufuhr zu Heizkörpern in einem Heizsystem mit einer Heizkreisrege lung (6), die die Vorlauftemperatur (ϑ_VL) in Abhängigkeit von der Außentemperatur (ϑ_A) und einer Heizkennlinie re gelt und in den Heizbetrieb, in den reduzierten bzw. Nachtabsenkbetrieb oder in den Aufheizbetrieb schaltbar ist, mit einer Vorlaufbegrenzung, bei der die Vorlauf temperatur (ϑ_VL) auf eine maximale Vorlauftemperatur (ϑ_VLmax) begrenzbar ist, und mit einer Pumpenregelung (7), bei der der Volumenstrom (X_max) von maximaler Pumpenlei stung auf einen niedrigeren reduzierten Wert (X_red) regel bar bzw. verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenregelung (7) den reduzierten Volumenstrom (X_red) bei Überschreiten oder Erreichen der maximalen Vorlauftempe ratur (ϑ_VLmax) auf einen höheren Wert und bei Unterschrei ten der maximalen Vorlauftemperatur (ϑ_VLmax) wieder auf ei nen niedrigeren Wert regelt, bzw. verstellt.

5. Vorrichtung nach Anpruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenregelung (7) mit der Heizkreisregelung (6) der art zusammenwirkt, daß das Delta T (Δϑ), d. h. die Diffe renz der Rücklauftemperatur (ϑ_RL) von der Vorlauftempera tur (ϑ_VL), durch Erhöhen des Volumenstroms (X) über den reduzierten Wert (X_red) auf einen Sollwert (Δϑ_soll) be grenzt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß die Pumpenregelung (7) mit der Heizkreisregelung (6) derart zusammenwirkt, daß sich der Volumenstrom (X) einen Korrekturwert (K_x.Δϑ_zuviel) auf einen höheren Wert (X*) erhöht, wenn sich ein größeres Delta-T (Δϑ_zuviel) er gibt als dessen Sollwert (Δϑ_soll).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pumpe (5) über eine separate Steu erleitung mit einem zur Regelung bzw. Verstellung der Drehzahl dienenden pulsweitenmodulierten Gleichspan nungssignal von der Heizkreisregelung (6) aus beauf schlagbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pumpe (5) im Heizbetrieb größten teils und im Nachtabsenkbetrieb immer mit dem minimalen reduzierten Volumenstrom (X_red) und in der ersten Phase des Aufheizbetriebs mit maximalem Volumenstrom X_max und danach mit reduziertem, der aktuellen Außentemperatur (ϑ_A) entsprechend berechneten Volumenstrom (X) arbeitet.

9. Verwendung einer Pumpe, deren Drehzahl bzw. Förderlei stung verstellbar bzw. regelbar ist, als Umwälzpumpe im Heizkreis von Heizsystemen mit der Maßgabe, daß die Dreh zahlregelung bzw. -Verstellung pulsweitenmoduliert (PWM) erfolgt.

10. Verwendung nach Anspruch 9 mit der Maßgabe, daß die Rege lung bzw. Verstellung von der Heizkreisregelung (6) aus erfolgt.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10 mit der Maßgabe, daß ein PI-Regler die Pumpendrehzahl regelt bzw. verstellt.