DE10144595A1 - Zentralheizungsanlage - Google Patents
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Abstract
Eine Zentralheizungsanlage hat in getrennten Räumen angeordnete Heizkörper (9) in einem Heizkreis, der eine Wärmequelle mit regelbarer Wärmeleistung und eine Umwälzpumpe (12) aufweist. Die Heizkörper (9) haben jeweils ein Ventil (10), das in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen Temperaturregler (11) einstellbar ist, um die Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu halten. Üblicherweise wird die Vorlauftemperatur nach einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der jeweiligen Einstellung der Temperaturregler geregelt. Dies erfordert das Messen der Temperaturen an zahlreichen Stellen mit entsprechend hohem Aufwand an Fühlern und Übertragungseinrichtungen. Um die Wärmeverluste mit geringerem Aufwand niedrig und dennoch die gewünschten Raumtemperaturen einzuhalten, ist erfindungsgemäß die Wärmeleitung der Wärmequelle so regelbar, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe (12) auf ihrer Betriebskennlinie eine Lage einnimmt, in der die Rücklauftemperatur (T¶1¶; T¶2¶) der Anlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentralheizungsanlage mit in getrennten Räumen angeordneten Heizkörpern in einem Heizkreis, der eine Wärmequelle mit regelbarer Wärmeleistung und eine Umwälzpumpe aufweist, wobei die Heizkörper jeweils ein Ventil aufweisen, das in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen Temperaturregler einstellbar ist, um die Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu halten.
- Bei bekannten Zentralheizungsanlagen dieser Art wird üblicherweise die Vorlauftemperatur nach einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt. Der Wärmebedarf ist jedoch nicht nur von der Außentemperatur abhängig, sondern auch von der Einstellung der Sollwerte an den Temperaturreglern. Dies kann dazu führen, daß die augenblickliche Vorlauftemperatur höher oder niedriger als erforderlich ist. Bei zu hoher Vorlauftemperatur kann sich ein höherer Wärmeverlust ergeben. Umgekehrt könnte bei zu niedriger Vorlauftemperatur die gewünschte Raumtemperatur nicht erreicht werden.
- Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt (DE 197 56 104 A1), die Temperaturen der Heizkörper und gegebenenfalls weitere Größen, wie Ventilhub, Druckdifferenz an einem Ventil, Temperatursollwerteinstellung der Temperaturregler an den Ventilen, die Ein- und Ausgangstemperaturen der Heizkörper und die Raumlufttemperatur mittels entsprechender Fühler zu messen und die Meßwerte zentral in die Vorlauftemperaturregelung einzubeziehen. Dies erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand an Fühlern und Übertragungseinrichtungen für die Meßwerte.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Wärmeverluste mit geringerem Aufwand niedrig gehalten und dennoch die gewünschten Raumtemperaturen eingehalten werden.
- Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmeleistung der Wärmequelle so regelbar ist, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe auf ihrer Betriebskennlinie eine Lage einnimmt, in der die Rücklauftemperatur der Anlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist.
- Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Wärmebelastung der Anlage selbsttätig änderbar ist. Hierbei kommt man mit einem Minimum an Meßfühlern aus.
- Vorzugsweise enthält die Wärmequelle einen Wärmetauscher, dessen Primärseite mit einem Fernheizwerk verbunden ist. Hierbei braucht lediglich der primärseitige Volumenstrom in Abhängigkeit von einigen wenigen Meßgrößen so geregelt zu werden, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe der augenblicklichen Wärmebelastung entspricht.
- So kann im einzelnen dafür gesorgt sein, daß in vorbestimmten Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig die Vorlauftemperatur im Sekundärkreis des Wärmetauschers durch Erhöhung des Volumenstroms im Primärkreis des Wärmetauschers anhebbar und danach während eines Meßzyklus stufenweise bis auf einen Wert absenkbar ist, bei dem die Wärmeleistung niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist, und daß während jedes Meßzyklus Meßwerte der Wärmeleistung und der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe bei dem niedrigsten Meßwert der Rücklauftemperatur speicherbar sind und während des Betriebs der Anlage zwischen den Meßzyklen die sekundärseitige Vorlauftemperatur durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms bei der augenblicklichen primärseitigen Temperatur die zur augenblicklichen Wärmeleistung gehörende Druckdifferenz an der Umwälzpumpe durch Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten einstellbar ist.
- Dabei kann die Zentralheizungsanlage einen Volumenstromregler aufweisen, durch den über ein Stellventil im Primärkreis des Wärmetauschers dessen primärseitiger Volumenstrom in Abhängigkeit von der primärseitigen Rücklauftemperatur, der sekundärseitigen Vor- und Rücklauftemperatur und der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe und ihrer Drehzahl regelbar ist.
- Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Darin stellen dar:
- Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung Zentralheizungsanlage,
- Fig. 2 die Abhängigkeit der Druckdifferenz an einer Umwälzpumpe im Heizkreis der Zentralheizungsanlage vom Volumenstrom bei konstanter Drehzahl der Umwälzpumpe, d. h. der Betriebskennlinie der Umwälzpumpe, und zwei verschiedene Betriebskennlinien der übrigen Teile des Heizkreises, durch den das von der Umwälzpumpe beförderte Fluid hindurchströmt, d. h. des übrigen Rohrleitungsnetzes ohne die Umwälzpumpe, für zwei verschiedene Arbeitspunkte der Umwälzpumpe,
- Fig. 3 ähnliche Kennlinien wie nach Fig. 2, jedoch für auf verschiedene Sollwerte konstant geregelte Drehzahlen der Umwälzpumpe mit einer geraden Regelkennlinie der Umwälzpumpe bei unterschiedlichen Drehzahlen,
- Fig. 4a bis 4c der zeitliche Verlauf der Vor- und Rücklauftemperaturen T3, T1, T2, der Wärmeleistung ≙ der Wärmequelle und der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur TA,
- Fig. 5a bis 5c der Verlauf der Vorlauftemperatur T3 und der zugehörigen Rücklauftemperaturen T1, T2, der Wärmeleistung ≙ der Wärmequelle und Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe bei einer Anpassung der Zentralheizungsanlage an unterschiedliche Außentemperaturen zur Eichung der Zentralheizungsanlage und
- Fig. 6 den für verschiedene bei der Eichung der Zentralheizungsanlage ermittelte Meßwerte der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe und der Wärmeleistung der Wärmequelle mit linear interpolierten Zwischenwerten.
- Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zentralheizungsanlage wird eine Wärmequelle in Form eines Wärmetauschers 1 primärseitig über eine Vorlaufleitung 2 und eine Rücklaufleitung 3 aus einem (nicht dargestellten) Fernheizwerk mit warmem Wasser versorgt. Die primärseitige Rücklauftemperatur T1 wird mittels eines Temperaturfühlers 4 gemessen und einem Volumenstromregler 5 zugeführt. In der Rücklaufleitung 3 liegt ferner ein Stellventil S. das über einen Stellmotor 6 durch den Volumenstromregler 5 gesteuert wird. Im sekundärseitigen Heizkreis des Wärmetauschers 1 liegen parallel zwischen einer Vorlaufleitung 7 und einer Rücklaufleitung 8 mehrere Heizkörper 9 in Reihe mit jeweils einem Ventil 10. Ein oder mehrere Heizkörper 9 sind jeweils in getrennten, zu beheizenden Räumen angeordnet. Die Ventile 10 werden jeweils durch einen Temperaturregler 11 gesteuert, der den Öffnungsgrad des zugehörigen Ventils 10 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur und einem am Temperaturregler 11 eingestellten Temperatur-Sollwert so einstellt, daß die Raumtemperatur weitgehend konstant bleibt. In der Rücklaufleitung 8 des Sekundärkreises des Wärmetauschers 1 liegt eine Umwälzpumpe 12, deren Drehzahl durch einen internen Drehzahlregler auf einem einstellbaren Sollwert konstant gehalten wird. Ein Maß für die Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe und den Volumenstrom ≙ wird über einen gestrichelt dargestellten Datenbus dem Volumenstromregler 5 zugeführt. Die Rücklauftemperatur T2 in der Rücklaufleitung 8 wird mittels eines Temperaturfühlers 13 und die Vorlauftemperatur T3 in der Vorlaufleitung 7 mittels eines Temperaturfühlers 14 gemessen. Die Meßwerte der Rücklauftemperatur T2 und der Vorlauftemperatur T3 werden ebenfalls dem Volumenstromregler 5 über gestrichelt dargestellte Leitungen zugeführt.
- Der Volumenstromregler 5 regelt in Abhängigkeit von den ihm zugeführten Temperaturen T1, T2, T3, der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 und dem Volumenstrom ≙ im sekundären Heizkreis des Wärmetauschers 1 dessen Wärmeleistung
(T3-T2), wobei ≙ der Volumenstrom pro Zeiteinheit, CV, der Wärmeinhalt des Wassers in der Heizungsanlage, ρ die Dichte des Wassers auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 1 und T3-T2der Temperaturunterschied auf der Sekundärseite des Wärmetauschers ist, in der Weise, daß die Rücklauftemperatur T1 und damit auch die Rücklauftemperatur T2 der Zentralheizungsanlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist. Er und Er und ρ ändern sich nur wenig mit der Temperatur. Wenn ≙ und T3-T2 gemessen werden, kann die geleistete Energie der Heizungsanlage errechnet werden. CV und ρ ändern sich nur wenig mit der Temperatur. Wenn ≙ und T3-T2 gemessen werden, kann die geleistete Energie der Heizungsanlage errechnet werden. Auf diese Weise werden Wärmeverluste möglichst niedrig gehalten und der Wärmewirkungsgrad der Zentralheizungsanlage, insbesondere des Fernheizwerks, hoch gehalten. - Bei dieser Regelung verschiebt sich der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe 12 auf der in Fig. 2 für eine konstante Pumpendrehzahl dargestellten Umwälzpumpen-Betriebskennlinie in Abhängigkeit von dem jeweils eingestellten mittleren Öffnungsgrad der Ventile 10 der Heizkörper 9 zwischen den Arbeitspunkten in den Schnittpunkten der Umwälzpumpen-Betriebskennlinie und der Rohrnetzkennlinie, die den Druckabfall an den Rohrleitungen 7, 8, Heizkörpern 9 und Ventilen 10 im sekundärseitigen Heizkreis des Wärmetauschers 1 in Abhängigkeit vom Volumenstrom ≙ umfassen, entsprechend dem jeweiligen Öffnungsgrad der Heizkörperventile 10 gemäß Fig. 2.
- Für unterschiedliche konstante Drehzahlen gelten dann die Kennlinien nach Fig. 3, wobei die Arbeitspunkte entsprechend dem jeweiligen Öffnungsgrad der Heizkörperventile auf der Regelkennlinie der Umwälzpumpe liegen.
- Die Diagramme nach Fig. 4a bis 4c veranschaulichen die Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen t1, t2 und t3, der Wärmeleistung ≙ der Wärmequelle und der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 in Abhängigkeit von einer schwankenden Außentemperatur Ta (untere Kurve in Fig. 4a). Die Fig. 4b und 4c geben lediglich qualitative Verläufe der Kurven an,. Dies gilt auch für die Fig. 5b und 5c.
- Um die Wärmeleistung der Wärmequelle beziehungsweise des Wärmetauschers 1 in der genannten Weise zu regeln, wird die Zentralheizungsanlage zunächst gemäß den Fig. 5 und 6 für unterschiedliche Wärmebelastungen beziehungsweise Außentemperaturen in regelmäßigen Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig durch den Volumenstromregler 5 geeicht. Ein sich über einige Stunden erstreckender Meßzyklus verläuft dabei gemäß Fig. 5a folgendermaßen: Zu Beginn wird die Vorlauftemperatur T3 in dem sekundären Heizkreis durch eine Erhöhung des Volumenstroms im Primärkreis des Wärmetauschers 1, indem das Stellventil S weiter geöffnet wird, stark angehoben. Danach wird die Vorlauftemperatur T3 jedesmal, nachdem sich die Temperaturen T1, T2 und T3 sowie der Betriebspunkt der Pumpe auf einen konstanten Wert eingestellt haben - wobei die Ventile 10 durch die Temperaturregler 11 wegen der Erhöhung der Vorlauftemperatur T3 weiter geschlossen werden, um den eingestellten Temperatursollwert weiterhin einzuhalten - um eine Stufe bis auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem die Wärmeleistung ≙ niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist. Dieser niedrigste Wert der Vorlauftemperatur T3 und damit der Wärmeleistung wird dadurch erreicht, daß die Ventile 10 schließlich alle geöffnet sind. Während dieses stufenweisen Meßzyklus erreichen die Rücklauftemperaturen T1 und T2 ein Minimum, das im dargestellten Beispiel in Fig. 5a am Schnittpunkt der vertikalen gestrichelten Linie mit dem Verlauf der Temperaturen T1 und T2 liegt. Die in jedem Meßzyklus in einem entsprechenden Minimum der Temperaturen T1 und T2 im Volumenstromregler 5 ermittelten Meßwerte der Wärmeleistung ≙ und der Druckdifferenzen ΔP an der Umwälzpumpe 12 werden in dem Volumenstromregler 5 gespeichert. Während des Betriebs der Anlage zwischen den einzelnen Meßzyklen wird dann die sekundärseitige Vorlauftemperatur T3 durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms ≙ bei der augenblicklichen primärseitigen Rücklauftemperatur T1, die zur augenblicklichen Wärmeleistung ≙ gehörende Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe durch lineare Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten, die in Fig. 6 durch drei jeweils bei einem von drei Meßzyklen ermittelten Meßpunkte angedeutet sind, eingestellt.
Claims (5)
1. Zentralheizungsanlage mit in getrennten Räumen
angeordneten Heizkörpern (9) in einem Heizkreis, der
eine Wärmequelle mit regelbarer Wärmeleistung ( ≙)
und eine Umwälzpumpe (12) aufweist, wobei die
Heizkörper (9) jeweils ein Ventil (10) aufweisen, das
in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen
Temperaturregler (11) einstellbar ist, um die
Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu
halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleistung
( ≙) der Wärmequelle so regelbar ist, daß der
Arbeitspunkt der Umwälzpumpe (12) auf ihrer
Betriebskennlinie (ΔP = f ( ≙)) eine Lage einnimmt, in der
die Rücklauftemperatur (T1; T2) der Anlage unter
Aufrechterhaltung der eingestellten
Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung
der Anlage minimal ist.
2. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe
(12) in Abhängigkeit von der Wärmebelastung der
Anlage selbsttätig änderbar ist.
3. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle einen
Wärmetauscher (1) aufweist, dessen Primärseite mit
einem Fernheizwerk verbunden ist.
4. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß in vorbestimmten Zeitabständen
von wenigstens einigen Tagen selbsttätig die
Vorlauftemperatur (T3) im Sekundärkreis des
Wärmetauschers (1) durch Erhöhung des Volumenstroms ( ≙) im
Primärkreis des Wärmetauschers (1) anhebbar und
danach während eines Meßzyklus stufenweise bis auf
einen Wert absenkbar ist, bei dem die Wärmeleistung
( ≙) niedriger als die Wärmebelastung der Anlage
ist, und daß während jedes Meßzyklus Meßwerte der
Wärmeleistung ( ≙) und der Druckdifferenz an der
Umwälzpumpe (12) bei dem niedrigsten Meßwert der
Rücklauftemperatur (T1; T2) speicherbar sind und
während des Betriebs der Anlage zwischen den
Meßzyklen die sekundärseitige Vorlauftemperatur (T3)
durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen
Volumenstroms ( ≙) bei der augenblicklichen
primärseitigen Temperatur (T1) die zur augenblicklichen
Wärmeleistung ( ≙) gehörende Druckdifferenz ΔP an
der Umwälzpumpe (12) durch Interpolation zwischen
den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten
gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten einstellbar
ist.
5. Zentralheizungsanlage nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sie einen Volumenstromregler (5)
aufweist, durch den über ein Stellventil (S) im
Primärkreis des Wärmetauschers (1) dessen
primärseitiger Volumenstrom ( ≙) in Abhängigkeit von der
primärseitigen Rücklauftemperatur (T1), der
sekundärseitigen Vor- und Rücklauftemperatur (T3, T2)
und der Druckdifferenz (ΔP) an der Umwälzpumpe (12)
und ihrer Drehzahl regelbar ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: THORSEN, JAN ERIC, AUGUSTENBORG, DK Inventor name: HANSEN, POUL ERIK, NORDBORG, DK |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: PATENTANWAELTE KNOBLAUCH UND KNOBLAUCH, 60322 FRANK |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20150401 |