DE10154198A1 - Device and method for regulating thermal baths - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren und einen hierfür geeigneten Regler zur Regelung von Thermen, insbesondere zur Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers, mit einem Brenner (2) zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, einem Einlauf zur Zuführung des Wärmeträgermediums, das am Einlauf eine bestimmte Einlauftemperatur (thetaEin) aufweist, einem Auslauf zur Abführung des Wärmeträgermediums, das am Auslauf eine bestimmte Auslauftemperatur (thetaAus) aufweist, und einem Regler (1), der die Erwärmung des Wärmeträgermediums zumindest in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur (thetaSoll) und der Auslauftemperatur (thetaAus) regelt, wobei der Regler (1) eine Anstiegsgeschwindigkeit (vA) der Auslauftemperatur (thetaAus) bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung mißt, wobei anhand der Anstiegsgeschwindigkeit (vA) die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet wird und wobei der Regler (1) die Erwärmung des Wärmeträgermediums auch anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums regelt. Der Regler kann dann die Reglerparameter anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums (Zapfmenge) verändern bzw. adaptieren.The present invention relates to a device and a method and a controller suitable for this purpose for regulating thermal baths, in particular for regulating a process water heater, with a burner (2) for heating a heat transfer medium, an inlet for supplying the heat transfer medium which is at the inlet has a certain inlet temperature (thetaEin), an outlet for removing the heat transfer medium, which has a certain outlet temperature (thetaAus) at the outlet, and a controller (1), which heats the heat transfer medium at least as a function of a target temperature (thetaSoll) and the outlet temperature (thetaAus) regulates, wherein the controller (1) measures a rate of rise (vA) of the outlet temperature (thetaAus) at a predeterminable burner output, the amount of heat transfer medium removed being calculated on the basis of the rate of rise (vA) and wherein the controller (1) measures the heating of the heat transfer medium also a regulates the calculated amount of the heat transfer medium. The controller can then change or adapt the controller parameters on the basis of the calculated quantity of the heat transfer medium removed (draw-off quantity).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung von Thermen nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 11, eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach Patentanspruch 25 sowie einen Regler zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 26. The present invention relates to an apparatus and a method for regulating Thermal baths according to the preambles of claims 1 and 11, a preferred one Use of the device and the method according to claim 25 and a Regulator for performing the method according to claim 26.
Derartige Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung von Thermen, insbesondere zur Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers mit einem Brenner zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums, wie beispielsweise Wasser, sind bereits bekannt, wobei hier grundsätzlich zwei verschiedene Prinzipien existieren. So wird bei einigen Herstellern das Brauchwasser bzw. das zu erwärmende Wärmeträgermedium im Durchlaufprinzip direkt über einen Wärmetauscher von einem Brenner erwärmt, während bei anderen Herstellern ein zweiter Wärmetauscher, d. h. ein sog. Sekundärtauscher, für die Brauchwassererwärmung eingesetzt wird. Diese zwei Grundprinzipien skizzieren die Darstellungen in den Fig. 1 und 2, die nachfolgend noch detailliert erörtert werden. Devices and methods of this type for regulating thermal baths, in particular for regulating a process water heater with a burner for heating a heat transfer medium, such as water, for example, are already known, two principles principally existing here. Some manufacturers use a continuous flow principle to heat the process water or the heat transfer medium to be heated directly by a burner, while other manufacturers use a second heat exchanger, i.e. a so-called secondary exchanger, to heat the process water. These two basic principles outline the representations in FIGS. 1 and 2, which will be discussed in more detail below.
Bei den bekannten Thermen bzw. Durchlauferhitzern wird das Wärmeträgermedium entweder direkt über einen Primärtauscher oder indirekt mittels des erwärmten Wassers der Heizung über einen Sekundärtauscher erwärmt und an geeigneten Zapfstellen, beispielsweise in der Küche oder im Bad, entnommen. Die Regelung des Brenners solcher Thermen erfolgt beim bekannten Stand der Technik durch die Messung der Auslauftemperatur am Auslauf des Primärtauschers oder des Sekundärtauschers, die mit einer vorgebbaren Solltemperatur verglichen und dem Regler, beispielsweise einem PI-Regler, zur Ausgabe einer Stellgröße zugeführt wird, wobei die Stellgröße beispielsweise ein Signal zur Leistungseinstellung des Brenners sein kann. In the known thermal baths or instantaneous water heaters, the heat transfer medium is used either directly via a primary exchanger or indirectly using the heated one Water of the heating is heated via a secondary exchanger and at suitable Tap points, for example in the kitchen or in the bathroom. The regulation of the burner Such thermal baths are carried out in the known prior art by measuring the Outlet temperature at the outlet of the primary exchanger or the secondary exchanger, the compared with a predetermined target temperature and the controller, for example a PI controller, for the output of a manipulated variable, the manipulated variable being supplied for example, a signal for setting the power of the burner.
All diesen Prinzipien ist gemeinsam, daß zwar die Auslauftemperatur zur Regelung des Brenners, d. h. zur Regelung der Erwärmung des Wärmeträgermediums genutzt wird, die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums am Auslauf des Wärmetauschers, d. h. der Durchfluß (Volumenstrom) auf der Brauchwasserseite, jedoch nicht erfaßt wird und sich dadurch erhebliche Regelungsschwankungen ergeben, die an den Zapfstellen (wie beispielsweise in der Küche oder im Bad) zu entsprechenden Temperaturschwankungen führen. All these principles have in common that the outlet temperature for regulating the Brenners, d. H. is used to regulate the heating of the heat transfer medium, the amount of the heat transfer medium removed at the outlet of the heat exchanger, d. H. the flow (volume flow) on the domestic water side, but is not recorded and this results in considerable fluctuations in the regulations at the tapping points (such as in the kitchen or bathroom) Temperature fluctuations.
Die nicht gemessene Menge des abgeführten Wärmeträgermediums stellt eine Störgröße im Regelungskreis dar und hat großen Einfluß auf die Dynamik des Regelkreises. The amount of the heat transfer medium that is not measured represents a Disturbance in the control loop and has a great influence on the dynamics of the Control loop.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen und Verfahren zur Regelung von Thermen dahingehend zu verbessern, daß Temperaturschwankungen auf der Auslaufseite der Wärmetauscher vermieden und eine zuverlässige Regelung des Brenners der Therme für unterschiedliche Prinzipien erreicht werden kann. The object of the present invention is the known devices and Processes for regulating thermal baths to improve that Temperature fluctuations on the outlet side of the heat exchanger avoided and one reliable control of the burner of the thermal baths achieved for different principles can be.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine konstante Auslauftemperatur bei verschiedenen Störgrößen zu erreichen. Dabei soll der Volumenstrom auf der Auslaufseite der Wärmetauscher jedoch nicht durch teure Volumenstrommeßgeräte gemessen werden, sondern der Erfindung liegt hier die Aufgabe zugrunde, den Volumenstrom indirekt zu erfassen, um diesen für eine Störgrößenaufschaltung verwenden zu können. The aim of the invention is therefore to maintain a constant outlet temperature at different To achieve disturbance variables. The volume flow on the outlet side of the However, heat exchangers cannot be measured by expensive volume flow meters, but the invention is based on the object of indirectly increasing the volume flow record in order to be able to use this for a feedforward control.
Dabei soll die vorliegende Erfindung nicht nur bei Systemen mit direkter Erwärmung des Wärmeträgermediums im Primärtauscher einsetzbar sein, sondern auch bei allen anderen Systemen wie z. B. bei Systemen mit Sekundärwärmetauscher, die in aller Regel nur einen geringen Puffer (in einer Größenordnung von ca. 1 l) aufweisen, der auf Bereitschaft gehalten werden muß, um die Zeit zu überbrücken, die benötigt wird, um dem Sekundärwärmetauscher genügend Energie über einen Primärwärmetauscher zur Verfügung zu stellen, d. h. neben einer Auslauftemperatur-Regelung (Primärwärmetauscher) soll die Erfindung auch bei einer Komforttemperatur-Regelung (mit Sekundärtauscher) einsetzbar sein. The present invention is not only intended for systems with direct heating of the heat transfer medium can be used in the primary exchanger, but also for all other systems such as B. in systems with secondary heat exchangers in all Usually only have a small buffer (in the order of approx. 1 l) must be kept on standby to bridge the time required enough energy around the secondary heat exchanger via a primary heat exchanger to make available, d. H. in addition to an outlet temperature control (Primary heat exchanger) the invention should also with a comfort temperature control (with Secondary exchanger) can be used.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11 sowie 26, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen und Anwendungsvarianten der Erfindung in den Unteransprüchen gekennzeichnet und beschrieben sind. Eine vorteilhafte Verwendung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung ist in Patentanspruch 25 beansprucht. Ein für eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Regler ist in den Patentansprüchen 26 und 27 gekennzeichnet. The invention solves the underlying problem by the characterizing Features of independent claims 1 and 11 and 26, being advantageous Refinements and application variants of the invention in the subclaims are marked and described. An advantageous use of the method or the device is claimed in claim 25. One for one Device according to the invention or controller suitable for the method according to the invention is shown in characterized the claims 26 and 27.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung von Thermen weist einen Brenner zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums auf, einen Einlauf zur Zuführung des Wärmeträgermediums, das am Einlauf eine bestimmte Einlauftemperatur hat, einen Auslauf zur Abführung des Wärmeträgermediums, das am Auslauf eine bestimmte Auslauftemperatur hat, und einen Regler, der die Erwärmung des Wärmeträgermediums mittels eines Primärtauschers oder eines Sekundärtauschers zumindest in Abhängigkeit einer Soll-Temperatur und der Auslauftemperatur regelt. Zur Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums auf der Auslaufseite des Wärmetauschers (z. B. Primärtauscher oder Sekundärtauscher), d. h. zur Feststellung der Zapfmenge des Wärmeträgermediums mißt der Regler eine Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung, wobei anhand der Anstiegsgeschwindigkeit die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet wird. The device according to the invention for regulating thermal baths has a burner for heating a heat transfer medium, an inlet for supplying the Heat transfer medium that has a certain inlet temperature at the inlet, one Spout for removing the heat transfer medium that has a specific one at the spout Outlet temperature, and a controller that heats the Heat transfer medium by means of a primary exchanger or a secondary exchanger at least in Regulates dependence of a target temperature and the outlet temperature. For calculating the amount of heat transfer medium removed on the outlet side of the Heat exchanger (e.g. primary exchanger or secondary exchanger), d. H. to determine the The controller measures the tapping amount of the heat transfer medium at a rate of increase the outlet temperature at a predeterminable burner output, with the aid of Rise rate calculates the amount of heat transfer medium removed becomes.
Die mathematische Grundlage für diese Berechnung ist die Tatsache, daß die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer konstanten Brennerleistung indirekt proportional zur Menge des abgeführten Wärmeträgermediums ist, d. h., daß eine größere Menge von abgeführtem Wärmeträgermedium zu einer geringeren Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur des Wärmeträgermediums führt und umgekehrt. Hierfür kann bei einer jeweils eingestellten Soll-Temperatur die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur jeweils bei einer vorbestimmbaren, jedoch zumindest für die Zeit der Messung konstanten Brennerleistung gemessen werden. The mathematical basis for this calculation is the fact that the Ramp rate of the outlet temperature with a constant burner output is indirectly proportional to the amount of heat transfer medium removed, d. that is, a larger amount of dissipated heat transfer medium to a smaller Rise rate of the outlet temperature of the heat transfer medium leads and vice versa. This can be done at a set temperature Rate of rise of the outlet temperature in each case at a predetermined, however constant burner output can be measured at least for the time of measurement.
Nach der Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums verändert der Regler die Brennerleistung modulierend, wobei die Reglerparameter, d. h. beispielsweise die Reglerverstärkung, anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums entsprechend veränderbar sind. Stellt der Regler beispielsweise fest, daß eine große Menge von Wärmeträgermedium abgeführt wird, so muß er nicht - wie beim Stand der Technik - auf ein entsprechendes Absinken der Auslauftemperatur "warten", sondern kann unmittelbar die Stellgröße für die Leistung des Brenners auf die angeforderte Menge von Wärmeträgermedium abstimmen. After calculating the amount of heat transfer medium removed changed the controller modulates the burner output, the controller parameters, i.e. H. for example the controller gain, based on the calculated amount of the discharged Heat transfer medium can be changed accordingly. For example, the controller sets determines that a large amount of heat transfer medium is removed, it does not have to - as in the prior art - on a corresponding drop in the outlet temperature "wait", but can directly control the control variable for the performance of the burner on the Coordinate the requested amount of heat transfer medium.
Mit Vorteil weist der Regler einen Speicher zur Speicherung der kleinsten und größten Anstiegsgeschwindigkeiten der Auslauftemperatur für jede einstellbare Soll- Temperatur auf. Sobald der Regler die entsprechende Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur gemessen hat, vergleicht er diese mit der abgespeicherten kleinsten bzw. größten Anstiegsgeschwindigkeit und speichert die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit dann als kleinste bzw. größte Anstiegsgeschwindigkeit im Speicher ab, wenn die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit kleiner ist als die kleinste abgespeicherte Anstiegsgeschwindigkeit bzw. wenn diese größer ist als die größte abgespeicherte Anstiegsgeschwindigkeit. Dadurch wird gewährleistet, daß so die jeweils kleinsten und größten abgeführten Mengen an Wärmeträgermedium (Zapfmengen) festgestellt und im laufenden Betrieb adaptiert werden können. The controller advantageously has a memory for storing the smallest and largest Ramp rates of the outlet temperature for each adjustable target Temperature up. As soon as the controller reaches the corresponding rate of increase Has measured outlet temperature, he compares this with the stored smallest or greatest rate of rise and saves the measured The rate of rise then decreases as the lowest or greatest rate of rise in the memory, if the measured slew rate is less than the smallest stored slew rate or if it is greater than the greatest stored slew rate. This ensures that each smallest and largest discharged amounts of heat transfer medium (tapping quantities) can be determined and adapted during operation.
Die Regelung ordnet somit bei einer eingestellten Soll-Temperatur und bei der vorbestimmbaren Brennerleistung die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur der größten abführbaren Menge des Wärmeträgermediums (größte Zapfmenge) und die größte Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur der kleinsten abführbaren Menge des Wärmeträgermediums (kleinste Zapfmenge) zu und berechnet anhand der gemessenen Anstiegsgeschwindigkeiten die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums linear im Verhältnis dazu. Dies kann im einfachsten Fall durch die Festlegung der zwei Punkte (maximale Zapfmenge, kleinste Anstiegsgeschwindigkeit und minimale Zapfmenge, größte Anstiegsgeschwindigkeit) im x-y-Koordinatensystem erfolgen, die durch eine Gerade verbunden werden, so daß alle anderen Zapfmengen bei einer gemessenen Anstiegsgeschwindigkeit zwischen der kleinsten und größten Anstiegsgeschwindigkeit direkt abgelesen werden können. The control thus arranges at a set target temperature and at Predeterminable burner output the lowest rate of increase Outlet temperature of the largest removable amount of the heat transfer medium (largest draw-off amount) and the greatest rate of increase of the outlet temperature of the smallest dissipatable amount of the heat transfer medium (smallest draw-off amount) and calculated on the basis of the measured rate of increase the amount of Heat transfer medium linear in relation to it. In the simplest case, this can be done by specifying of the two points (maximum draw, lowest rate of rise and minimum tapping quantity, highest rate of rise) take place in the x-y coordinate system, which are connected by a straight line, so that all other taps at one measured slew rate between the smallest and largest Rise rate can be read directly.
Mit Vorteil wählt der Regler zur Berechnung der Menge an abgeführtem Wärmeträgermedium, d. h. zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit, als vorbestimmbare Brennerleistung etwa 60% bis 100%, vorzugsweise etwa 80% der benötigten Brennerleistung bei maximaler abführbarer Menge des Wärmeträgermediums bei einer eingestellten Soll-Temperatur aus. Für eine Soll-Temperatur von beispielsweise 50°C stellt der Regler als vorbestimmbare Brennerleistung beispielsweise 80% der benötigten Brennerleistung bei maximaler Zapfmenge ein, in diesem Fall 80% von 77,8% von derjenigen Brennerleistung, die bei einer maximalen Soll-Temperatur von beispielsweise 60°C und bei maximaler Zapfmenge notwendig wäre (Maximalbetrieb des Brenners). The controller advantageously chooses to calculate the amount of discharged Heat transfer medium, d. H. for measuring the slew rate, as predeterminable Burner output about 60% to 100%, preferably about 80% of the required Burner output with a maximum amount of heat transfer medium that can be removed set target temperature. For a target temperature of 50 ° C, for example the controller as predeterminable burner output, for example 80% of the required Burner output at maximum draw-off quantity, in this case 80% from 77.8% from of the burner output, which at a maximum target temperature of for example, 60 ° C and would be necessary at maximum draw-off quantity (maximum operation of the Burner).
Grundsätzlich empfiehlt es sich, die maximale Brennerleistung bei maximaler
Zapfmenge und bei größter Soll-Temperatur festzulegen und die entsprechenden
Brennerleistungen zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur in
Abhängigkeit von darunter liegenden Soll-Temperaturen in einer Tabelle festzulegen. Diese
könnte z. B. wie folgt aussehen:
In principle, it is advisable to determine the maximum burner output at the maximum draw-off quantity and at the highest target temperature and to determine the corresponding burner outputs for measuring the rate of increase of the outlet temperature depending on the underlying target temperatures in a table. This could e.g. B. look like this:
Die entsprechenden Tabellenwerte geben ein Beispiel für benötigte Brennerleistungen (bzw. 80% davon) zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit wieder. The corresponding table values give an example of the burner output required (or 80% of it) to measure the slew rate again.
Mit Vorteil beginnt der Regler mit der Messung der Anstiegsgeschwindigkeit bei einer minimalen Auslauftemperatur und beendet die Messung bei Erreichen der Soll- Temperatur. Dies hat den Vorteil, daß bei modulierenden Brennern ohnehin der Brenner bei Unterschreiten einer minimalen Auslauftemperatur gestartet wird und im Anschluß an diesen Brennerstart unmittelbar mit der Messung der Anstiegsgeschwindigkeit begonnen werden kann, um sofort ein Maß für die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums zu erhalten. The controller advantageously starts measuring the slew rate at a minimum outlet temperature and ends the measurement when the target Temperature. This has the advantage that the modulating burner anyway Burner is started when the outlet temperature falls below a minimum and in Connection to this burner start immediately with the measurement of the Slew rate can be started to immediately measure the amount of discharge Obtain heat transfer medium.
Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung startet der Regler die Messung der Anstiegsgeschwindigkeit bei einer vorbestimmbaren Temperaturdifferenz unterhalb der Soll-Temperatur und beendet diese wiederum bei Erreichen der Soll-Temperatur. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn der Wärmetauscher aus dem kalten Zustand angeheizt wird, da dann eine minimale Auslauftemperatur noch gar nicht existiert und der Wärmetauscher erst von unten hochgeheizt werden muß. According to another preferred embodiment of the present invention starts the controller measures the slew rate at a predeterminable Temperature difference below the target temperature and ends this again at Reaching the target temperature. This is useful, for example, if the Heat exchanger is heated from the cold state, because then a minimal Outlet temperature does not yet exist and the heat exchanger is heated up from below must become.
Falls mit der vorbestimmbaren Brennerleistung die Soll-Temperatur nicht erreicht wird, liegt die Menge des abgeführten Wärmeträgermediums vermutlich zu hoch (d. h. "über" der zur Messung verwendeten Leistung des Brenners), so daß der Regler bei der vorbestimmbaren Brennerleistung und bei Nichterreichen der Soll-Temperatur nach Ablauf einer vorbestimmbaren Zeitdauer die Brennerleistung ohne Berücksichtigung der Menge des Wärmeträgermediums modulierend verändert. Dies stellt eine Sicherheitsfunktion der Reglereigenschaften dar. If the target temperature is not reached with the predeterminable burner output, the amount of heat transfer medium removed is probably too high (i.e. "above" the power of the burner used for measurement), so that the controller at Predeterminable burner output and if the target temperature is not reached Expiration of a predetermined period of time, the burner output without taking into account Amount of the heat transfer medium modulated changed. This represents one Safety function of the controller properties.
Mit Vorteil mißt der Regler bei jeder Veränderung der Soll-Temperatur die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer dieser Soll-Temperatur zugeordneten und vorbestimmbaren Brennerleistung neu. Die zugeordnete und vorbestimmbare Brennerleistung zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit kann auch als Identifikations-Brennerleistung bezeichnet werden. The controller advantageously measures the each time the set temperature changes Rate of rise of the outlet temperature at a temperature assigned to this target temperature and predeterminable burner output. The assigned and predeterminable Burner output for measuring the slew rate can also be considered Identification burner output can be designated.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung von Thermen, insbesondere zur Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers, erfolgt nach den vorerwähnten Prinzipien. Das Wärmeträgermedium wird am Einlauf des Wärmetauschers dem Wärmetauscher zugeführt und über den Auslauf abgeführt. Die am Auslauf detektierbare Auslauftemperatur wird zusammen mit einer vom Betreiber der Therme festlegbaren Soll- Temperatur dem Regler zugeführt, der eine entsprechende Regeldifferenz aus diesen zwei Temperaturen bildet. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Regler zusätzlich die Auslauftemperatur zugeleitet. Anhand der Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur kann so bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung (Identifikations-Brennerleistung) die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet und die Erwärmung des Wärmeträgermediums anhand dieser Menge geregelt werden. The method according to the invention for regulating thermal baths, in particular for Control of a hot water heater, takes place according to the aforementioned Principles. The heat transfer medium is at the inlet of the heat exchanger Heat exchanger supplied and discharged through the outlet. The one detectable at the outlet Outlet temperature is determined together with a target Temperature supplied to the controller, the corresponding control difference from this forms two temperatures. According to the method of the invention Controller also fed the outlet temperature. Based on the rate of increase the outlet temperature can thus be at a predeterminable burner output (Identification burner output) calculates the amount of heat transfer medium removed and the heating of the heat transfer medium can be regulated based on this amount.
Mit Vorteil wird die Brennerleistung dann bei größeren Mengen von abgeführtem Wärmeträgermedium stärker und bei kleineren Mengen von dem abgeführten Wärmeträgermedium schwächer verändert. The burner output is then advantageously removed from larger amounts Heat transfer medium stronger and with smaller amounts of the removed Heat transfer medium changed less.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Brennerleistung in Abhängigkeit von der eingestellten Soll-Temperatur auf einen vorgebbaren Maximalwert begrenzt, der einem Bruchteil der Brennerleistung bei maximaler Soll- Temperatur entspricht. Diese begrenzte Brennerleistung wird im Anschluß an die Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums als Obergrenze für die modulierende Regelung verwendet, um beispielsweise bei Verwendung eines PI- Reglers ein Überschwingen der Auslauftemperatur zu verhindern und um die Modulation des Brenners näher an die aktuell benötigte Leistung anzugleichen. Die Begrenzung des Stellbereichs kann sowohl im Komfort- als auch im Auslaufbetrieb aktiv sein und wird ggfs. um eine bestimmte Brennerleistung (beispielsweise 5%) nach oben gesetzt, um Toleranzen auszugleichen. According to a preferred embodiment of the present invention, the Burner output depending on the set target temperature specifiable maximum value that limits a fraction of the burner output at maximum setpoint Temperature corresponds. This limited burner capacity is following the Calculation of the amount of heat transfer medium removed as an upper limit for the modulating control used, for example, when using a PI Controller to prevent overshoot of the outlet temperature and around the To adjust the burner modulation closer to the power currently required. The Limitation of the adjustment range can be active in both comfort and phase-out mode and is possibly increased by a certain burner output (for example 5%) set to compensate for tolerances.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Regelung der Erwärmung des Wärmeträgermediums nicht die vom Nutzer der Therme vorgebbare Soll-Temperatur direkt, sondern die Summe dieser Soll-Temperatur und einer Soll-Korrekturtemperatur verwendet. According to a further preferred embodiment of the present invention Regulation of the heating of the heat transfer medium not that of the user of the thermal bath Predeterminable target temperature directly, but the sum of this target temperature and a target correction temperature is used.
Mit Vorteil erhält man die exakten Soll-Temperaturen im Rahmen eines Kalibrierprozesses an zwei verschiedenen Messpunkten der Auslauf- bzw. Komforttemperatur und berechnet die Soll-Korrekturtemperatur an diesen mindestens zwei verschiedenen Werten der Soll-Temperatur, während alle anderen Werte der Soll-Temperatur anhand einer zwischen diesen zwei verschiedenen Werten der Soll-Temperatur liegenden Geraden linear interpoliert werden. The exact target temperatures are advantageously obtained in the context of a Calibration process at two different measuring points of the outlet or comfort temperature and calculates the target correction temperature on these at least two different ones Values of the target temperature, while all other values based on the target temperature one between these two different values of the target temperature Straight lines are interpolated linearly.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Einlauftemperatur des Wärmeträgermediums am Einlauf des Wärmetauschers geschätzt werden, ohne daß hierfür ein Einlauftemperaturfühler notwendig ist. Wird beispielsweise das Wärmeträgermedium mittels eines Sekundärtauschers erwärmt, so kann als Einlauftemperatur die gemessene Puffermediumtemperatur im Puffermediumspeicher (Brauchwasserspeicher oder Kessel) zuzüglich einer Korrekturtemperatur verwendet werden, wenn der Fühler auf der Kaltwasserseite des Wärmetauschers angebracht ist und die Zeit der Abführung eine vorbestimmbare Maximalzeit überschreitet. According to a further advantageous embodiment of the present invention the inlet temperature of the heat transfer medium at the inlet of the heat exchanger can be estimated without the need for an inlet temperature sensor. Becomes for example, the heat transfer medium is heated by means of a secondary exchanger, so can measure the measured buffer medium temperature in the inlet temperature Buffer medium storage (domestic water storage or boiler) plus a correction temperature be used when the sensor is on the cold water side of the heat exchanger is appropriate and the time of the removal is a predeterminable maximum time exceeds.
In diesem Fall wird dem Puffermediumspeicher (Brauchwasserspeicher) ausreichend viel Wärmeträgermedium entzogen, so daß die Temperatur im Puffermediumspeicher in etwa der Einlauftemperatur entspricht. Hierfür kann als Kriterium eine vorbestimmbare Zeit der Abführung von Wärmeträgermedium verwendet werden. Mit Vorteil wird als Einlauftemperatur diese gemessene Puffermediumtemperatur zuzüglich einer Korrekturtemperatur jedoch nur dann verwendet, wenn diese innerhalb eines vorbestimmbaren (zulässigen) Temperaturbereichs um einen bevorzugten Mittelwert herum liegt. Mit Vorteil ist dieser in etwa 15°C mit einer Schwankungsbreite von etwa +/-5 K. In this case, the buffer medium storage (hot water storage) is sufficient much heat transfer medium withdrawn, so that the temperature in the buffer medium storage corresponds approximately to the inlet temperature. A criterion for this can be Predeterminable time of removal of the heat transfer medium can be used. Advantageously, as Inlet temperature this measured buffer medium temperature plus one Correction temperature is only used if it is within a Predeterminable (permissible) temperature range lies around a preferred mean value. With This is advantageous at around 15 ° C with a fluctuation range of around +/- 5 K.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Erwärmung des Wärmeträgermediums im Taktbetrieb, d. h. bei sehr geringen Mengen von abgeführtem Wärmeträgermedium, nach einem Starten des Brenners von einer Zündleistung möglichst unmittelbar auf eine vorbestimmbare und abspeicherbare Taktleistung umgeschaltet. Als Taktleistung wird mit Vorteil die letzte Leistung vor der Abschaltung des Brenners oder die minimale einstellbare Leistung des Brenners verwendet. According to a further preferred embodiment of the invention, the Heating of the heat transfer medium in cyclical operation, d. H. with very small amounts of dissipated heat transfer medium, after starting the burner from one Ignition power as directly as possible to a predeterminable and storable Switched cycle power. The cycle performance is advantageously the last performance before the Shutdown of the burner or the minimum adjustable output of the burner used.
Bei kleinen abgeführten Mengen von Wärmeträgermedium besteht das Problem, daß nach einer erneuten Einschaltung des Brenners der Modulationsregler die Brennerleistung von einer Zündleistung (Startleistung) herunterregeln muß, wenn die entnommene Menge an Wärmeträgermedium nur sehr gering ist. Wenn dies nicht schnell genug erfolgt, so tritt der Zustand ein, daß die Temperatur im Wärmetauscher schnell den Brennerausschaltpunkt erreicht und der Brenner wieder abgeschaltet wird. Dies führt zu einer großen Brennerschalthäufigkeit. Mit Hilfe dieser bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Brenner jedoch nicht im Modulationsbetrieb "gestartet", sondern zunächst auf die "gemerkte" Brennerleistung umgeschaltet, die gleichzeitig auch zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit und somit zur Erkennung der Zapfmenge verwendet werden kann. With small amounts of heat transfer medium removed there is the problem that after switching on the burner again the modulation controller Burner power must reduce from an ignition power (starting power) if the withdrawn amount of heat transfer medium is only very small. If this is not fast enough takes place, the condition occurs that the temperature in the heat exchanger quickly Burner switch-off point reached and the burner is switched off again. this leads to to a high burner switching frequency. Using this preferred embodiment of the method according to the invention, however, the burner is not in the Modulation mode "started", but first switched to the "noted" burner output, which are also used to measure the rate of rise and thus to Detection of the tapping amount can be used.
Während des abgeschalteten Zustands des Brenners im Taktbetrieb wird das Gebläse des Brenners nicht ausgeschaltet, sondern vorzugsweise mit einer Zünddrehzahl weiterhin betrieben. Dadurch ist es möglich, den Brenner schneller zu starten, was ein "Durchsacken" der Auslauftemperatur reduziert. The blower is switched on when the burner is switched off the burner is not switched off, but preferably at an ignition speed still operated. This makes it possible to start the burner faster, what a "Sagging" of the outlet temperature reduced.
Eine vorteilhafte Verwendung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung liegt in der Regelung eines Brauchwasser-Durchlauferhitzers. Dieser wird in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. An advantageous use of the device or the method according to the The present invention lies in the control of a process water heater. This is explained in more detail in the following figures.
Ein erfindungsgemäßer Regler zur Durchführung eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist mindestens einen Eingang zum Einlesen oder einen Prozessor zur Berechnung der Differenz zwischen einer einstellbaren Soll-Temperatur und der Auslauftemperatur eines von einem Brenner erwärmbaren Wärmeträgermediums auf und mindestens einen Ausgang zur Regelung der Leistung des Brenners, wobei der Regler mindestens einen weiteren Eingang zum Einlesen der Auslauftemperatur aufweist, wobei der Regler dann die Anstiegsgeschwindigkeit der Auslauftemperatur bei einer vorbestimmbaren Brennerleistung mißt und anhand der Anstiegsgeschwindigkeit die abgeführte Menge des Wärmeträgermediums berechnet. Mit Hilfe der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums kann der Regler dann die Regelung zur Erwärmung des Wärmeträgermediums optimieren. An inventive controller for performing a method according to the The present invention has at least one input for reading in or a processor Calculation of the difference between an adjustable target temperature and the Outlet temperature of a heat transfer medium that can be heated by a burner and at least one output for regulating the power of the burner, the controller has at least one further input for reading in the outlet temperature, the controller then the rate of rise of the outlet temperature at a Predeterminable burner power measures and based on the rate of increase discharged amount of the heat transfer medium is calculated. With the help of the calculated The controller can then regulate the amount of heat transfer medium removed Optimize heating of the heat transfer medium.
Mit Vorteil verändert der Regler die Brennerleistung im Anschluß an die Berechnung der Menge des abgeführten Wärmeträgermediums modulierend, wobei die Reglerparameter anhand der berechneten Menge des abgeführten Wärmeträgermediums veränderbar sind. The controller advantageously changes the burner output after the calculation modulating the amount of heat transfer medium removed, the Controller parameters based on the calculated amount of the heat transfer medium removed are changeable.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen für die zwei Prinzipien der Auslauftemperatur-Regelung (Fig. 1) und der Komforttemperatur-Regelung (Fig. 2) näher erläutert. Dabei zeigen: An advantageous embodiment of the present invention is explained in more detail with reference to the following drawings for the two principles of outlet temperature control ( FIG. 1) and comfort temperature control ( FIG. 2). Show:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Primärwärmetauscher (Auslauftemperatur-Regelung); Figure 1 is a schematic representation of a water heater with primary heat exchanger (outlet temperature control).
Fig. 2 die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Sekundärwärmetauscher (Auslauf- und Komforttemperatur-Regelung); Figure 2 is a schematic representation of a water heater with a secondary heat exchanger (outlet and comfort temperature control).
Fig. 3 das Schema der Regelung der Auslauftemperatur nach der vorliegenden Erfindung; FIG. 3 shows the schema of the control of the outlet temperature of the present invention;
Fig. 4 die graphische Darstellung der Zapfmengenerkennung nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 is a graph showing the off rate detection according to the present invention;
Fig. 5 die graphische Darstellung des Setzens der Startleistung im Taktbetrieb des Brenners; und Figure 5 shows the graphical representation of setting the start power in the clock operation of the burner. and
Fig. 6a u. 6b die graphische Darstellung geeigneter Korrekturwerte für die Komforttemperatur-Regelung und die Auslauftemperatur-Regelung (beide Regelungen mittels der Auslauftemperatur am Wärmetauscher). Fig. 6a u. 6b the graphic representation of suitable correction values for the comfort temperature control and the outlet temperature control (both controls by means of the outlet temperature at the heat exchanger).
Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Primärtauscher 7 (Primärwärmetauscher), der von einem Brenner 2 (lediglich schematisch dargestellt) erhitzt wird. Das Kaltwasser KW wird über einen Kaltwassereinlauf 5 dem Primärtauscher 7 zugeführt und dort erhitzt. Das erhitzte Wasser wird an einer Zapfstelle 6 als Warmwasser WW entnommen. Zur Messung der Auslauftemperatur θAus dient ein Auslauftemperaturfühler B3 (Temperatursensor 9). Über einen Druckschalter (flowswitch) FS wird die Zapfung von Warmwasser WW erkannt. Der Brenner 2 dient gleichzeitig auch zur Erwärmung eines Heizmediums, wie beispielswasser Wasser, zur Wärmeversorgung eines Hauses. Lediglich schematisch dargestellt ist ein Wärmetauscher 8 mit Vorlauftemperaturfühler B2, Rücklauftemperaturfühler B7, Vorlaufpumpe oder Heizkreispumpe Q1, Verbraucher 3 (Heizkörper) und Wasserleitung 4. Fig. 1 shows the schematic representation of a flow heater with primary exchanger 7 (primary heat exchanger), which is heated by a burner 2 (shown only schematically). The cold water KW is fed to the primary exchanger 7 via a cold water inlet 5 and heated there. The heated water is withdrawn at a tap 6 as hot water WW. An outlet temperature sensor B3 (temperature sensor 9 ) is used to measure the outlet temperature θOff. The tap of hot water WW is recognized via a pressure switch (flowswitch) FS. The burner 2 also serves to heat a heating medium, such as water, for supplying heat to a house. A heat exchanger 8 with flow temperature sensor B2, return temperature sensor B7, flow pump or heating circuit pump Q1, consumer 3 (radiator) and water pipe 4 is shown only schematically.
Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung eines Durchlauferhitzers mit Sekundärwärmetauscher, wo das Kaltwasser KW nicht direkt vom Brenner 2, sondern über einen Sekundärtauscher 10 (Sekundärwärmetauscher) erwärmt wird. Der Sekundärtauscher 10 wird von dem Heizmedium über ein Drei-Wege-Ventil UV mit Wärme versorgt, die das Kaltwasser erwärmt. Auch hier dient ein Auslauftemperaturfühler B3 zur Messung der Auslauftemperatur θAus. Ein Einlauftemperaturfühler B5 und ein Puffermediumtemperaturfühler B4 ist ebenfalls schematisch angedeutet. Ein Druckschalter FS ist hier ausgangsseitig an der Zapfstelle 6 zur Messung einer Zapfung von Warmwasser WW angeordnet. Die Heizkreispumpe Q1 liegt in diesem Fall auf der Rücklaufseite des Kessels 8 vor dem Rücklauftemperaturfühler B7 und sorgt gleichzeitig zur Umwälzung des Heizmediums im Sekundärtauscher 10. Anstelle des Drei-Wege-Ventiles UV kann auch eine eigene Brauchwasserkreispumpe eingesetzt werden. Fig. 2 shows the schematic representation of a continuous flow heater with a secondary heat exchanger, where the cold water KW is not heated directly by the burner 2 , but via a secondary exchanger 10 (secondary heat exchanger). The secondary exchanger 10 is supplied with heat from the heating medium via a three-way valve UV, which heats the cold water. Here too, an outlet temperature sensor B3 is used to measure the outlet temperature θOff. An inlet temperature sensor B5 and a buffer medium temperature sensor B4 are also indicated schematically. A pressure switch FS is arranged on the output side at the tap 6 for measuring a tap of hot water WW. The heating circuit pump Q1 is in this case on the return side of the boiler 8 in front of the return temperature sensor B7 and at the same time ensures the circulation of the heating medium in the secondary exchanger 10 . Instead of the three-way valve UV, you can also use your own process water circuit pump.
Bei beiden Durchlauferhitzern nach Fig. 1 und Fig. 2 soll nun ein schnelles Nachregeln der Auslauftemperatur θAus bei Volumenstromschwankungen ermöglicht werden, indem man den Volumenstrom indirekt erfaßt und als Störgröße dem Regler 1 aufschaltet. Als Störgrößenaufschaltung dient die Anpassung der Reglerparameter an die veränderliche Streckendynamik. In both heaters as shown in FIG. 1 and FIG. 2 now a rapid readjustment to the discharge temperature θ From be made possible in flow rate fluctuations, by detecting the flow rate indirectly and aufschaltet as a disturbance variable to the controller 1. The adjustment of the controller parameters to the changing path dynamics serves as a feedforward control.
Fig. 3 zeigt - stark vereinfacht - die Regelstruktur. Der Regler 1 regelt den Brenner 2 mittels einer Stellgröße, d. h. mit Vorteil einem Signal für die Leistung des Brenners. Der Brenner 2 steht in dem Regelschema nach Fig. 3 stellvertretend für die zu regelnde Strecke, die natürlich neben dem Brenner 2 auch den Wärmetauscher, das zu erwärmende Kaltwasser und sämtliche anderen Störgrößen und Streckenteile beinhaltet. Die Auslauftemperatur θAus wird - wie aus dem Stand der Technik bekannt - rückgeführt und mit der Soll-Temperatur θSoll mit negativem Vorzeichen addiert, so daß eine Temperaturdifferenz Δθ dem Regler 1 zugeführt werden kann. Gleichzeitig wird dem Regler 1 auch die Auslauftemperatur θAus zugeführt. Fig. 3 shows - greatly simplified - the control structure. The controller 1 controls the burner 2 by means of a manipulated variable, ie advantageously a signal for the burner's output. The burner 2 in the control diagram according to FIG. 3 is representative of the section to be controlled, which of course contains the burner 2 as well as the heat exchanger, the cold water to be heated and all other disturbance variables and sections of the section. The outlet temperature θ off is - as is known from the prior art - fed back and added to the set temperature θ set with a negative sign, so that a temperature difference Δθ can be supplied to the controller 1 . At the same time, the outlet temperature θ off is also supplied to the controller 1 .
Grundlage für die Erkennung der entnommenen Menge an Wärmeträgermedium ist nun die Tatsache, daß für jede Zapfmenge eine bestimmte Energie dem Wärmetauscher zugeführt werden muß, um die Auslauftemperatur θAus bei einer bestimmten Einlauftemperatur θEin konstant zu halten. Falls mehr Energie zugeführt wird, steigt die Auslauftemperatur θAus mit einer bestimmten Anstiegsgeschwindigkeit vA an. Wird daher mehr Energie dem Wärmetauscher zugeführt als anhand der Zapfmenge benötigt wird, so wird die Rücklauf- bzw. Auslauftemperatur θAus ansteigen. Die Anstiegsgeschwindigkeit vA wird von der nicht benötigten Energie (Überschußenergie) bestimmt. Je höher die Anstiegsgeschwindigkeit vA ist, desto geringer ist die entnommene Menge an Warmwasser WW, d. h. Anstiegsgeschwindigkeit vA und Zapfmenge sind indirekt umgekehrt voneinander abhängig. The basis for the detection of the amount of heat transfer medium removed is now the fact that a certain amount of energy has to be supplied to the heat exchanger for each tap amount in order to keep the outlet temperature θ off constant at a certain inlet temperature θon. If more energy is supplied, the outlet temperature θ Aus increases with a certain rate of rise v A. Therefore, if more energy is supplied to the heat exchanger than is required based on the tapping quantity, the return or outlet temperature θ Aus will increase. The rate of increase v A is determined by the energy not required (excess energy). The higher the rate of rise v A , the lower the amount of hot water WW drawn, ie rate of rise v A and tap quantity are indirectly dependent on one another.
Eine Zuordnung zur Zapfmenge kann nun dahingehend gemacht werden, als die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vA, die gemessen wird (bei den unterschiedlichen Temperatur-Sollwerten θSoll), zu der größten Zapfmenge gehört. Dadurch ist es auch möglich, daß sich der entsprechende erfindungsgemäße Algorithmus an das jeweilige Durchlauferhitzer-System adaptieren kann. Damit der Anstiegsgradient, d. h. die Anstiegsgeschwindigkeit vA der Auslauftemperatur θAus immer bei der gleichen Brennerleistung ermittelt werden kann, muß bei Beginn der Zapfung immer die gleiche Identifikations- Brennerleistung aufgeschaltet werden. Diese kann beispielsweise 80% der benötigten Brennerleistung bei der theoretischen maximalen Zapfmenge für die vorgegebene Solltemperatur θSoll sein. An assignment to the tapping quantity can now be made in such a way that the lowest rate of rise v A , which is measured (with the different temperature setpoints θ target ), belongs to the largest tapping quantity. This also makes it possible for the corresponding algorithm according to the invention to adapt to the respective instantaneous water heater system. So that the gradient of rise, ie the rate of increase v A of the outlet temperature θ Off can always be determined at the same burner output, the same identification burner output must always be switched on at the start of the tap. This can be, for example, 80% of the burner output required for the theoretical maximum draw-off quantity for the specified target temperature θ target .
Die Identifikations-Brennerleistung wird somit immer abhängig von der Leistung bei der maximalen Zapfmenge berechnet. Damit wird sichergestellt, daß man mit dieser Brennerleistung nach der Berechnung der Zapfmenge, d. h. nach der Identifikation immer in der Nähe der tatsächlich benötigten Leistung liegt. Bei sehr geringer Zapfmenge wird man dagegen zu hoch in der Leistung liegen. The identification burner output is therefore always dependent on the output of the maximum draw-off quantity calculated. This ensures that you can use this Burner output after calculation of the tapping quantity, d. H. after identification always in is close to the power actually required. With a very small tap quantity you, on the other hand, are too high in performance.
Die Identifikations-Brennerleistung (KidentBre z. B. = 80%) für verschiedene Sollwert-
Einstellungen kann dabei wie folgt aussehen:
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird nun der Ablauf der Zapfmengenerkennung bei einem Brauchwasser-Durchlauferhitzer beschrieben. SdBwAusMax steht dabei für die obere Grenze der Schaltdifferenz zum Ausschalten des Brenners, SdBwAusMin steht für die untere Grenze der Schaltdifferenz für das Ausschalten des Brenners und SdEin steht für die untere Schaltdifferenz zum Einschalten des Brenners. With reference to FIG. 4, the process of tapping quantity detection in a process water heater is now described. SdBwAusMax stands for the upper limit of the switching difference for switching off the burner, SdBwAusMin stands for the lower limit of the switching difference for switching off the burner and SdEin stands for the lower switching difference for switching on the burner.
Entsprechend dem eingestellten Temperatur-Sollwerts θSoll wird beim Erkennen einer Warmwasserzapfung und bei Einschalten des Brenners 2 die Brennerleistung für Identifikation nach obiger Tabelle aufgeschaltet. Nach Beginn einer Warmwasserzapfung wird die Auslauftemperatur θAus (bzw. die Rücklauftemperatur bei z. B. Heizungen) zunächst abfallen und danach wieder ansteigen (vgl. Fig. 4). Der Anstieg der Auslauftemperatur θAus (Abfall- oder Anstiegsgradient) wird detektiert und damit das Minimum der Auslauftemperatur θMinimum bestimmt. Dieses Minimum der Auslauftemperatur θMinimum wird gemerkt und ab diesem Zeitpunkt die Zeit erfaßt (Zeitpunkt t0). In accordance with the set temperature setpoint θ set , when a hot water tap is detected and when the burner 2 is switched on, the burner output is activated for identification according to the table above. After a hot water tap has started, the outlet temperature θ Aus (or the return temperature for e.g. heating systems) will initially drop and then rise again (see Fig. 4). The rise in the outlet temperature θ off (drop or rise gradient) is detected and the minimum of the outlet temperature θ minimum is thus determined. This minimum of the outlet temperature θ minimum is noted and the time is recorded from this point in time (point in time t 0 ).
Die Zeit wird nun so lange gemessen, bis die Auslauftemperatur θAus die Soll- Temperatur θSoll erreicht hat (Zeitpunkt t1). Anschließend wird die Differenztemperatur Δθ zwischen der Soll-Temperatur θSoll und der Minimum-Temperatur θMinimum und die Differenz Δt zwischen den Zeitpunkten t1 und t0 gebildet. Das Verhältnis Δθ zu Δt gibt den Anstiegsgradienten, d. h. die Anstiegsgeschwindigkeit vA der Auslauftemperatur θAus bei konstanter Brennerleistung an und ist damit ein indirektes Maß für die entsprechende Zapfmenge. The time is then measured until the outlet temperature from the set temperature θ θ target has been reached (time t1). Subsequently, the differential temperature Δθ between the target temperature θ target and the minimum temperature θ minimum and the difference Δt between the times t 1 and t 0 are formed. The ratio Δθ to .DELTA.t is the rising gradient, the rising speed v A ie at the outlet temperature θ off at a constant burner power and is thus an indirect measure of the amount corresponding pin.
Der gemessene Anstiegsgradient wird mit den gespeicherten Minimal- und Maximalwerten verglichen. Ist der gemessene Wert kleiner als der gespeicherte Minimalwert (kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vAmin), so wird dieser Wert dann als neuer Minimalwert gespeichert. Jede gemessene Anstiegsgeschwindigkeit vA, die größer als der gespeicherte Wert ist, deutet auf eine kleinere Zapfmenge hin. Weiterhin wird die größte Anstiegsgeschwindigkeit vAmax (kleinste Zapfmenge) gespeichert. Ergeben sich nun kleinere bzw. größere Anstiegsgeschwindigkeiten als die vorher abgespeicherten Werte, so werden diese dann als Minimal- bzw. Maximalwerte gespeichert. The measured gradient of rise is compared with the stored minimum and maximum values. If the measured value is less than the stored minimum value (lowest rate of rise v Amin ), this value is then saved as the new minimum value. Each measured slew rate v A , which is greater than the stored value, indicates a smaller tap quantity. Furthermore, the highest rate of rise vAmax (smallest tap quantity) is saved. If there are now smaller or larger rates of increase than the previously stored values, these are then stored as minimum or maximum values.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach der Erst-Inbetriebnahme mit maximaler Zapfmenge Warmwasser WW gezapft wird. Damit kann die kleinste Anstiegsgeschwindigkeit ermittelt werden. Für die größte Anstiegsgeschwindigkeit kann dann beispielsweise die doppelte kleinste Anstiegsgeschwindigkeit vAmin als neuer Startwert gesetzt werden. Im laufenden Betrieb werden diese Werte dann weiter adaptiert. It is particularly advantageous here if hot water WW is drawn off after the initial start-up with a maximum draw-off quantity. This allows the lowest rate of rise to be determined. For the greatest rate of rise, for example, twice the smallest rate of rise v amine can then be set as the new starting value. These values are then further adapted during operation.
Liegt der ermittelte Anstiegsgradient, d. h. die gemessene Anstiegsgeschwindigkeit vA zwischen dem gespeicherten Minimalwert vAmin und Maximalwert vAmax, so wird dann zwischen diesen Begrenzungswerten auf die dazwischen liegende Zapfmenge umgerechnet. Aus dieser Zapfmenge kann dann auf die benötigte Brennerleistung umgeschaltet und der Modulationsregler bezüglich der Leistungsverstellung freigegeben werden (siehe Zeitpunkt t1 in Fig. 4). In Abhängigkeit der ermittelten Zapfmenge können dann die Reglerparameter des Reglers 1 entsprechend umgeschaltet werden. If the ascertained gradient of rise, ie the measured rate of rise vA, lies between the stored minimum value v Amin and maximum value v Amax , then between these limiting values the conversion quantity tapped in between is calculated. From this tapping quantity, it is then possible to switch to the required burner output and the modulation controller with regard to the output adjustment can be enabled (see time t 1 in FIG. 4). The controller parameters of controller 1 can then be switched over depending on the determined tapping quantity.
Wird beispielsweise aus einem kalten Zustand gezapft, in dem der Sekundärtauscher 10 von unten hoch geheizt werden muß, gibt es kein Minimun, wie in Fig. 4 dargestellt. In diesem Fall muß bei einem festgelegten Δθ unterhalb des Temperatur- Sollwertes θSoll mit der Zeiterfassung begonnen werden. Als Δθ wird dabei z. B. 5 K vorgegeben. For example, when tapping from a cold state in which the secondary exchanger 10 has to be heated up from below, there is no minimun, as shown in FIG. 4. In this case, time recording must be started at a specified Δθ below the temperature setpoint θ setpoint . As Δθ, z. B. 5 K specified.
Reicht die Identifikations-Brennerleistung nicht aus, d. h. die Auslauftemperatur θAus erreicht nie den Temperatur-Sollwert θSoll, so muß der Modulationsregler 1 vorzeitig freigegeben werden. Für die Freigabe des Modulationsreglers gilt hierbei Folgendes: Liegt die Auslauftemperatur θAus unterhalb des Temperatur-Sollwerts θSoll abzüglich einer Einschaltdifferenz Δθ und ist die Laufzeit ab diesem Zeitpunkt t0 größer als beispielsweise 1 Minute, so wird der Modulationsregler freigegeben. If the identification burner output is not sufficient, ie the outlet temperature θOff never reaches the temperature setpoint θ setpoint , the modulation controller 1 must be released prematurely. The following applies to the release of the modulation controller: If the outlet temperature θ off is below the temperature setpoint θ set minus a switch-on difference Δθ and the runtime from this point in time t 0 is greater than 1 minute, for example, the modulation controller is released.
Fig. 5 zeigt die schematische Darstellung des Setzens der Startleistung im Taktbetrieb des Brenners 2, d. h. bei kleinen Zapfmengen. Während im oberen Teil der Fig. 5 wie in Fig. 4 die Auslauftemperatur θAus gegenüber der Zeit aufgetragen wurde, ist im unteren Teil der Fig. 5 die Leistung des Brenners 2 gegenüber der Zeit entsprechend der darüber liegenden Auslauftemperatur θAus dargestellt. Sobald ein Taktbetrieb erkannt wurde, d. h. die Zapfung besonders kleiner Mengen von Warmwasser WW und der Brenner 2 ausschaltet, wird die zuletzt verwandte Leistung des Brenners 2 in einem Speicher des Reglers 1 abgespeichert. FIG. 5 shows the schematic representation of the setting of the starting power in cyclical operation of the burner 2 , that is to say with small tapping quantities. While in the upper part of FIG. 5, as in FIG. 4, the outlet temperature θ Aus was plotted against the time, in the lower part of FIG. 5 the power of the burner 2 is plotted against the time corresponding to the outlet temperature θAus lying above it. As soon as a cycle operation has been recognized, ie the tapping of particularly small amounts of hot water WW and the burner 2 have been switched off, the last-used output of the burner 2 is stored in a memory of the controller 1 .
Während der Brenner 2 ausgeschaltet bleibt, ist es möglich, das Gebläse des Brenners weiterlaufen zu lassen, um beim Wiederanschalten des Brenners möglichst schnell in den geeigneten Drehzahlbereich zu kommen. Sobald die Auslauftemperatur θAus die untere Grenze der Schaltdifferenz SdEin kreuzt, schaltet der Brenner 2 wieder ein, wobei hier die zuvor "gemerkte", d. h. im Regler 1 abgespeicherte Leistung verwandt wird, die dann auch beispielsweise zur Messung der Anstiegsgeschwindigkeit vA verwendet werden kann, falls dies zuvor noch nicht erfolgt ist. Nach der Identifikationsphase (Leistung konstant) wird der Modulationsregler freigegeben. While the burner 2 remains switched off, it is possible to let the burner fan continue to run in order to get into the suitable speed range as quickly as possible when the burner is switched on again. As soon as the outlet temperature θ out crosses the lower limit of the switching difference SdEin, the burner 2 switches on again, using the previously “noted” power, ie the power stored in the controller 1 , which can then also be used, for example, to measure the rate of increase v A if this has not been done before. After the identification phase (power constant), the modulation controller is released.
Die Brennerleistung wird nach dem Wiedereinschalten des Brenners gemäß Fig. 5 dann auf minimale Leistung gesetzt, wenn die zuletzt eingestellte Brennerleistung kleiner ist als die minimale Brennerleistung. After the burner is switched on again according to FIG. 5, the burner output is set to minimum output if the burner output set last is less than the minimum burner output.
Fig. 6a und 6b zeigen Korrekturwerte für die Komforttemperatur-Regelung und die Auslauftemperatur-Regelung, die zur Korrektur des Temperatur-Sollwerts θSoll verwandt werden können, um eine Abweichung von den realistischen Temperaturwerten zu kompensieren. Fig. 6a and 6b show correction values for the comfort temperature control and outlet temperature control, the θ to correct the temperature setpoint target can be used to compensate for a deviation from the realistic temperature values.
Durch die Art des Wärmetauscher, durch die Rohrleitunsverluste oder durch die Art der verwendeten Sensoren (z. B. Anlegesensor) stimmt die gemessene Auslauftemperatur θAus sowohl bei der Auslauftemperatur-Regelung als auch bei der Komforttemperatur- Regelung mit dem vorgegebenen Temperatur-Sollwert nicht exakt überein, d. h. es kommt zu einer Offset-Verschiebung, die zudem vom eingestellten Temperatur- Sollwert θSoll abhängt. Dieses Verhalten lässt sich durch die Offset-Verschiebung korrigieren. Due to the type of heat exchanger, the pipe losses or the type of sensors used (e.g. contact sensor), the measured outlet temperature θOff does not exactly match the specified temperature setpoint, both for outlet temperature control and comfort temperature control , ie there is an offset shift, which also depends on the set temperature setpoint θ setpoint . This behavior can be corrected by the offset shift.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise ein Brauchwasser-Durchlauferhitzer weitaus genauer und zuverlässiger geregelt werden, ohne daß es zu großen Schwankungen der Auslauftemperatur θAus kommt. The process according to the invention or the device according to the invention allows, for example, a process water heater to be controlled much more precisely and reliably without large fluctuations in the outlet temperature θ off .
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