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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine Heizungsanlage bzw. ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art ist nach der
DE 10 2008 003 315 A1 bekannt. Bei dieser wird ein in einem Heizkreis zirkulierendes Heizkreismedium mindestens zeitweise mit einem Brenner erwärmt, wobei die Zirkulation bzw. ein Zirkulationsmaß des Heizkreismediums mit einem Volumenstrommesser (ein Mittel zur Erfassung des Volumenstroms) bestimmt und der Brenner über eine Regelung ein- und ausgeschaltet wird.
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Ferner ist aus der
DE 196 46 314 C1 eine Heizungsanlage bekannt, bei der ebenfalls ein in einem Heizkreis zirkulierendes Heizkreismedium mindestens zeitweise mit einem Brenner erwärmt wird. Dabei ist bei dieser Heizungsanlage zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf des Heizkreises eine Überströmleitung mit einem Überströmventil vorgesehen, das eine Strömung des Heizkreismediums durch das Heizgerät bzw. dessen Wärmetauscher auch dann gewährleistet, wenn zum Beispiel alle Thermostatventile im Heizkreis geschlossen sind. Durch diese Maßnahme ist das Heizgerät bzw. dessen Wärmetauscher vor einer Beschädigung durch Sieden geschützt. Gleichzeitig verschlechtert sich allerdings der Wirkungsgrad der Heizungsanlage durch diese Sicherheitsfunktion.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll durch eine besondere Betriebsweise der Wirkungsgrad einer solchen Heizungsanlage zum Beispiel auch bei geschlossenen Thermostatventilen verbessert werden.
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Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass das Ein- und Ausschalten des Brenners unterhalb eines vordefinierten Mindestvolumenstroms des Heizkreismediums im Heizkreis in Abhängigkeit von einem mit dem Volumenstrommesser ermittelten Volumenstrom mit der Regelung festgelegt wird.
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Mit anderen Worten kann dank der erfindungsgemäß vorgesehenen Verschaltung der Regelung und des Volumenstrommessers (oder eines entsprechend geeigneten Mittels zur Erfassung des Volumenstroms bzw. der Zirkulation) und des erfindungsgemäß zu definierenden Mindestvolumenstroms auf das eingangs genannte Überströmventil verzichtet werden, was nachfolgend näher erläutert wird:
Da bei der zum Stand der Technik gehörenden Heizungsanlage der tatsächliche Volumenstrom durch das Heizgerät wahlweise nicht bekannt ist bzw. diese Information für andere Zwecke verwendet wird, bestand bisher die einzige Möglichkeit, auf eine Unterschreitung des Mindestvolumenstroms zu reagieren, darin, den Heizkreis über das Überströmventil kurzzuschließen.
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Mit dem nach der Erfindung mit der Regelung verbundenen Volumenstrommesser ist es nun möglich, gezielt den tatsächlichen Volumenstrom zu erfassen, und bei einem Unterschreiten des Mindestvolumenstroms gezielt Einfluss auf die Laufzeit des Brenners zu nehmen. Nach der Erfindung ist also insbesondere vorgesehen, dass der Brenner oberhalb eines vordefinierten Mindestvolumenstroms in üblicher Weise von der Regelung betätigt wird. Wird aber der besagte Mindestvolumenstrom unterschritten, wird eine noch näher zu erläuternde Funktion verwendet, um die maximale Laufzeit des Brenners in Abhängigkeit vom tatsächlichen Volumenstrom des Heizkreises festzulegen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb einer Heizungsanlage ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigt
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1 eine Heizungsanlage gemäß dem Stand der Technik mit Überströmventil zwischen Vor- und Rücklauf;
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2 die erfindungsgemäße Heizungsanlage mit einem Volumenstromsensor;
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3 ein Diagramm der Brennerleistung und der Vorlauftemperatur aufgetragen über der Zeit;
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4 ein Diagramm der zulässigen Brennerlaufzeit aufgetragen über dem Volumenstrom.
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In den aktuell verfügbaren und für die Erfindung bevorzugt einzusetzenden wandhängenden Brennwertkesseln mit kleinem Wasserinhalt des Wärmetauschers ist häufig, wie eingangs erläutert, ein Überströmventil (Bypass) integriert, um das Heizgerät einwandfrei betreiben zu können. Dieses Überströmventil ist zwischen dem Vor- und dem Rücklauf der Heizungsanlage installiert (siehe 1).
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Bei hohem Wärmegewinn (Sonnenstrahlung, Beleuchtung, elektronische Geräte) bzw. durch Verschließen der Thermostatventile durch den Benutzer der Heizungsanlage verringert sich der Volumenstrom durch den bzw. die Heizkörper 5, 6. 1 stellt den Beispielsfall dar, dass das Thermostatventil am Heizkörper 5 durch den Nutzereingriff geschlossen ist, so dass der Volumenstrom durch diesen Heizkörper 5 praktisch bei nahe Null liegt. Die Rücklauftemperatur von diesem Heizkörper ist somit sehr niedrig (annähernd Raumtemperatur). Das Thermostatventil vom Heizkörper 6 stellt in diesem Beispiel aufgrund einer hohen Sonnenstrahlung fast die Stellung geschlossen ein. Durch den Heizkörper 6 fließt damit lediglich noch ein geringfügiger Volumenstrom von zum Beispiel 30 l/h (Liter pro Stunde). Die Rücklauftemperatur vom Heizkörper 6 ist aber höher als die vom Heizkörper 5. Der gesamte Volumenstrom durch die Heizungsanlage beträgt für den genannten Fall weit unter 50 l/h.
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Wie dem auch sei, benötigt aber der eingangs genannte Kessel mit geringem Wasserinhalt einen Mindestvolumenstrom, der weit über 100 l/h liegt. Bei einer Unterschreitung dieses Mindestvolumenstroms kommt es zum Sieden innerhalb des Wärmetauschers. Die häufige Wiederholung dieses Betriebszustandes verursacht durch das Sieden Materialabrisse, Korrosion sowie Kalkablagerungen. Demzufolge entstehen Schäden am Wärmetauscher und schließlich verkürzt dies die Lebensdauer des Kessels. Zusammengefasst ist die Betriebssicherheit des Heizgeräts beim dargestellten Beispielfall nicht gewährleistet.
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Gewissermaßen als Kompromisslösung für den oben genannten Problemfall lässt sich die Heizungsanlage, wie oben erläutert, mit einem Überströmventil ausstatten, das die Vorlaufleitung mit der Rücklaufleitung verbindet. Falls die Thermostatventile von Heizkörper 5 und 6 nahezu geschlossen sind, steigen der hydraulische Widerstand der Heizungsanlage und der verfügbare Förderdruck. Überschreitet dieser Förderdruck die Federkraft des Überströmventils, öffnet es, d. h., das Heizungswasser (Heizkreismedium) fließt über das Überströmventil von der Vorlauf- zur Rücklaufleitung. Somit sorgt das Überströmventil für den Mindestvolumenstrom im Kesselkreis. Der Volumenstrom, der durch den Kessel fließt, besteht dabei aus zwei Teilvolumenströmen: den, der durch das Überströmventil fließt, und den, der durch den Heizkreis mit den beiden Heizkörpern 5 und 6 fließt. Da die Temperatur nach dem Überströmventil (aber vor der Mischung mit dem Rücklauf von der Heizungsanlage) nahezu identisch mit der Vorlauftemperatur ist, steigt die Rücklauftemperatur am Kesseleintritt um so höher, je mehr Heizkreismedium durch das Überströmventil fließt. Diesen Effekt nennt man die Anhebung der Kesselrücklauftemperatur, welche den Wirkungsgrad bei Brennwertkesseln verringert.
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Die meisten Überströmventile sind mit Federn ausgestattet. Die Federkraft lässt sich einstellen. Falls die Federkraft zu niedrig eingestellt wird, öffnet sich das Überströmventil zu oft. Somit verringert sich der Kesselnutzungsgrad bzw. die Brennwertnutzung wird nicht ausgeschöpft. Hinzu kommt, dass die Pumpe mit hoher Drehzahl angesteuert werden muss, um die Wärme vom Kessel in die einzelnen Räume zu transportieren. Dies gewährleistet zwar den Nutzerkomfort, erhöht aber die elektrische Energie für den Pumpenbetrieb. Liegt die Pumpendrehzahl dagegen niedrig, fließt das Heizungsmedium ausschließlich durch den Heizkreis. In diesem Fall öffnet das Überströmventil nicht, d. h. der Mindestumlauf durch den Kessel wird nicht gewährleistet.
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In den Fällen, in denen die Federkraft zu hoch eingestellt ist, muss die Pumpe immer einen bestimmten verfügbaren Förderdruck, der höher als die Federkraft des Überströmventils ist, mit entsprechend hoher Pumpendrehzahl gewährleisten, um sicher zu stellen, dass bei einem sehr niedrigen Gesamtvolumenstrom das Überströmventil öffnet.
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Ist der Förderdruck der Pumpe hoch, entstehen starke Geräusche an den Thermostatventilen, falls diese in der Stellung ”fast geschlossen” sind. Außerdem läuft die Pumpe unnötig mit hoher Drehzahl und verbraucht entsprechend viel elektrische Energie.
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Zwischenergebnis: Mit dem Überströmventil ist der Mindestvolumenstrom gewährleistet. Allerdings ergibt sich hieraus eine Verringerung des Kesselwirkungsgrades und ein größerer Verbrauch an elektrischer Energie für den Pumpenbetrieb. Bei falscher Einstellung der Pumpendrehzahl und/oder der Federkraft des Überströmventils, was in der Praxis leider häufig vorkommt, entstehen darüber hinaus Geräusche, Komforteinbußen und eine Verringerung des Kesselwirkungsgrades.
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Die Erfindung besteht gegenständlich betrachtet insbesondere darin, dass statt des Überströmventils ein Mittel zur Erfassung des Volumenstroms 3 bzw. ein Volumenstrommesser am Heizkreis bzw. besonders bevorzugt an der zentralen Rücklaufleitung des Heizkreises angeordnet ist (siehe hierzu 2). Der Volumenstromsensor verfügt dabei vorzugsweise über einen Messbereich von 10 bis 2000 l/h mit einer Genauigkeit kleiner 2% vom Messwert bzw. einer absoluten Abweichung von +/–10 l/h. Außerdem beträgt der Druckabfall am Volumenstromsensor bei einem Volumenstrom von 2000 l/h vorzugsweise weniger als 70 mbar.
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In der Regelung ist die Funktion ”Dauer der Brennerlaufzeit” in Abhängigkeit vom ”Volumenstrom” für den Fall hinterlegt, dass dieser kleiner als ein vordefinierter Mindestvolumenstrom ist. Dieser Mindestvolumenstrom ist wahlweise in der Regelung fest abgespeichert oder kann entsprechend individuell eingegeben werden. Erfasst der Volumenstromsensor zum Beispiel den aktuellen Volumenstrom von 30 l/h, der weit unter dem vordefinierten Mindestvolumenstrom von zum Beispiel 120 l/h liegt, wird die oben genannte Funktion aktiviert. Diese Funktion übergibt der Regelung dann die maximal zulässige Brennerlaufzeit von zum Beispiel 50 Sekunden. Gleichzeitig prüft die Regelung, ob die aktuelle Kesselrücklauftemperatur einen Temperatursollwert unterschreitet. Ist dies der Fall, wird der Brenner für die zuvor ermittelte zulässige Brennerlaufzeit gestartet. Sobald die zulässige Brennerlaufzeit abgelaufen ist, wird der Brenner ausgeschaltet. Dies erfolgt dabei unabhängig von der tatsächlichen Kesselvorlauftemperatur, da diese aufgrund des geringen Volumenstroms bzw. der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit des Heizkreismediums im Heizkreis keine Aussage über die tatsächlich Temperatur innerhalb des Wärmetauschers ermöglicht. – Oder nochmals in anderen Worten: Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Rücklauftemperatur am Rücklauf 7 des Heizkreises 1 ermittelt und der Brenner 2 bei einem unterhalb des vordefinierten Mindestvolumenstroms liegenden Volumenstrom im Heizkreis 1 nur dann eingeschaltet wird, wenn die Rücklauftemperatur einen vorgegebenen Temperatursollwert unterschreitet. Dabei ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dass in der Regelung 4 eine Funktion hinterlegt ist, mit der jedem tatsächlich ermittelten, unterhalb des vordefinierten Mindestvolumenstroms liegenden Volumentstrom eine maximal zulässige Brennerlaufzeit zugeordnet wird.
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3 verdeutlicht diesen Zusammenhang: Nach dem Ablauf der vorgegebenen Brennerlaufzeit (von – wie in diesem Beispiel – 60 Sekunden) beträgt die Temperatur am Vorlauf noch unter 40°C. Obwohl der Brenner 1 ausgeschaltet ist, steigt die Vorlauftemperatur weiter an und erreicht den maximalen Wert von etwa 60°C. Somit ist umgekehrt ausgedrückt bevorzugt vorgesehen, dass der Brenner 2 bei einem unterhalb des vordefinierten Mindestvolumenstroms liegenden Volumenstrom nach Ablauf der Brennerlaufzeit auch dann ausgeschaltet wird, wenn eine Vorlauftemperatur am Vorlauf 8 des Heizkreises 1 noch nicht einem vorgegebenen Temperatursollwert entspricht.
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4 zeigt schließlich beispielhaft die oben genannte Funktion der zulässigen Brennerlaufzeit in Abhängigkeit vom Volumenstrom.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich, wie gezeigt, der Nutzungskomfort und gleichzeitig die gerätetechnische Sicherheit erhöhen. Der erwähnte Effekt der ”Rücklaufanhebung” tritt aufgrund des Entfalls des Überströmventils nicht auf. Demzufolge erhöht sich der Kesselwirkungsgrad. Die Pumpe wird nicht mehr unnötig mit hoher Drehzahl angesteuert und spart somit elektrische Energie. Weiterhin entstehen keine Geräusche an den Thermostatventilen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizkreis
- 2
- Brenner
- 3
- Mittel zur Erfassung des Volumenstroms
- 4
- Regelung
- 5
- Heizkörper
- 6
- Heizkörper
- 7
- Rücklauf
- 8
- Vorlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008003315 A1 [0002]
- DE 19646314 C1 [0003]
