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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Zentral-Heizungsanlage mit einem Brenner sowie raumtemperaturgesteuerten Ventilen an Heizkörpern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind bereits derartige Verfahren zur Regelung von Zentral-Heizungsanlagen bekannt. Diese Zentral-Heizungsanlagen weisen einen gemeinsamen Brennkessel mit einem Brenner auf, in dem ein Wärmetransportmedium (meist Wasser) erwärmt wird, das über eine Förderpumpe in einem oder mehreren Heizkreisen des zu erwärmenden Objektes umgepumpt wird. Über diese Förderpumpe ergibt sich abhängig von der Leistung der Förderpumpe und dem Strömungswiderstand im Heizkreislauf ein bestimmter Volumenstrom des Wärmetransportmediums.
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Die Wärme wird in den einzelnen Räumen über Heizkörper abgegeben. Diese Heizkörper können mit Rippen, Röhren oder Lamellen ausgebildet sein und vor einer Wand montiert sein. Im Sinne dieser Anmeldung sind mit dem Begriff „Heizkörper“ auch andere Heizelemente umfasst, die beispielsweise als sogenannte „Flächenheizelemente“ in einen Fußboden oder in die Wand integriert sein können. Dabei sind im Fußboden bzw. in der Wand Rohre verlegt, die von dem Wärmetransportmedium durchströmt werden.
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Die Heizkörper sind noch mit sogenannten Thermostatventilen ausgestattet. Bei diesen Thermostatventilen wird vom Benutzer ein bestimmter Öffnungsgrad eingestellt. Der tatsächliche Öffnungsgrad hängt dann wiederum von der Raumtemperatur ab, die von dem Thermostat des Thermostatventils erfasst wird.
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Wird das Thermostatventil beispielsweise auf einen mittleren Öffnungsgrad von „3“ eingestellt, hängt der tatsächliche Öffnungsgrad des Ventils im Kreislauf des Wärmetransportmediums davon ab, ob der Raum sehr kalt ist oder eher warm. Bei einem kalten Raum wird das Ventil entsprechend weit geöffnet, so dass sich der Strömungswiderstand für das Wärmetransportmedium verringert und eine größere Menge des Wärmetransportmediums den Heizkörper durchströmt. Bei einem eher warmen Raum wird das Ventil entsprechend weniger geöffnet, so dass eine entsprechend kleinere Menge des Wärmetransportmediums durch den Heizkörper strömt.
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Im Zusammenhang mit der Regelung von Zentral-Heizungsanlagen ist es bekannt, eine Einschalttemperatur für den Brenner festzulegen sowie eine Ausschalttemperatur. Fällt die Temperatur des Wärmetransportmediums unter die Einschalttemperatur, wird der Brenner eingeschaltet, bis die Temperatur des Wärmetransportmediums die Ausschalttemperatur erreicht. Dann wird der Brenner wieder abgeschaltet.
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Es ist dabei auch bekannt, die Einschalttemperatur und die Ausschalttemperatur veränderbar auszugestalten. Zum einen werden diese Temperaturen verschoben abhängig von der Außentemperatur. Je geringer die Außentemperatur liegt, umso höher liegt der Wert der Einschalttemperatur des Brenners. Der Grad der Änderung der Einschalttemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur kann einstellbar sein. Dies wird üblicherweise als „Steilheit“ bezeichnet. Die Ausschalttemperatur wird abhängig von der Einschalttemperatur festgelegt. Die Differenz zwischen der Ausschalttemperatur und der Einschalttemperatur kann ebenfalls einstellbar sein.
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Es ist ebenso möglich, anstelle der Einschalttemperatur die Ausschalttemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur festzulegen. In diesem Fall erfolgt dann die Festlegung der Einschalttemperatur in Abhängigkeit von der Ausschalttemperatur.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Regelung der Heizungsanlage zu verbessern.
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Dies wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Regelung einer Zentral-Heizungsanlage, indem eine Volumenstrommessung zur Erfassung des Volumenstroms des Wärmetransportmediums der Heizungsanlage vorgenommen wird und die gemittelte Brennerleistung in Abhängigkeit von dem gemessenen Volumenstrom eingestellt wird.
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Ein Brenner hat im eingeschalteten Zustand eine vorgegebene Leistung. Die gemittelte Brennerleistung ergibt sich aus der Brennerleistung im eingeschalteten Zustand multipliziert mit dem Verhältnis der Einschaltzeit des Brenners zur Summe der Ausschaltzeit des Brenners und der zugehörigen Einschaltzeit. Das heißt mit anderen Worten, dass die Brennerleistung konstant ist. Die gemittelte Brennerleistung ergibt sich aus dem Taktverhältnis der Einschaltdauer des Brenners zur Ausschaltdauer des Brenners.
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Durch die Anpassung der gemittelten Brennerleistung an den gemessenen Volumenstrom kann bei der Betriebsweise des Brenners berücksichtigt werden, in welchem Umfang bei den Benutzern Wärmebedarf besteht.
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Die Wärmemenge ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Vorlauftemperatur des Wärmetransportmediums und dem Volumenstrom.
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Der gemessene Volumenstrom kann hierbei bewertet werden abhängig von dem maximalen Volumenstrom der Heizungsanlage.
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Die Förderpumpe des Wärmetransportmediums hat eine bestimmte Leistung. Die Geometrie der Heizungsanlage hinsichtlich der Rohrdurchmesser, der Leitungslängen und der notwendigen Förderhöhe der einzelnen Heizkörper gegenüber der Förderpumpe ist vorgegeben. Diese Parameter bestimmen den Strömungswiderstand, der im laufenden Betrieb noch veränderlich ist durch den tatsächlichen Öffnungsgrad der einzelnen Thermostatventile. Für eine bestimmte Heizungsanlage kann daher der maximale Volumenstrom bestimmt werden, indem der Volumenstrom gemessen wird, der sich bei vollständig tatsächlich geöffneten Thermostatventilen an den Heizkörpern bei der betreffenden Förderleistung der Förderpumpe einstellt. In diesem Fall – bei tatsächlich vollständig geöffneten Thermostatventilen – ist der Strömungswiderstand am kleinsten, so dass sich dann bei einer bestimmten Förderleistung der Förderpumpe der maximale Volumenstrom des Wärmetransportmediums einstellt. Vorteilhaft wird der maximale Volumenstrom abhängig von der Förderleistung der Förderpumpe bestimmt, weil bei modernen Heizungsanlagen auch die Förderleistung der Förderpumpe zumindest in mehreren Schritten einstellbar ist.
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Das Verfahren zur Regelung gemäß Anspruch 1 kann in vorteilhafter Weise für sich allein eingesetzt werden, indem die gemittelte Brennerleistung unmittelbar abhängig vom gemessenen Volumenstrom eingestellt wird. Bei dieser Vorgehensweise ist es nicht notwendig, weitere Parameter bei der Regelung zu berücksichtigen.
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Es ist aber beispielsweise auch möglich, das Verfahren zur Regelung gemäß Anspruch 1 einem herkömmlichen Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage zu überlagern. Wird in diesem Fall bei einem bisher bekannten Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage die gemittelte Brennerleistung beispielsweise mit einem Verhältnis von x eingestellt zwischen der Einschaltzeit des Brenners zu der Summe der Einschaltzeit mit der zugehörigen Ausschaltzeit, kann dieser Quotient x im Rahmen der vorliegenden Erfindung nochmals multipliziert werden mit dem Verhältnis des gemessenen Volumenstroms zum maximalen Volumenstrom. Mit einer solchen Vorgehensweise lässt sich dann die Anpassung der gemittelten Brennerleistung an den gemessenen Volumenstrom sinnvoll umsetzen. Es ist dabei ersichtlich, dass die beschriebene Berechnungsmethode zur Reduzierung der gemittelten Brennerleistung gegenüber dem sonstigen Wert der gemittelten Brennerleistung nicht die einzige mögliche Vorgehensweise ist. Vielmehr kommt es darauf an, die gemittelte Brennerleistung gegenüber einem herkömmlich (d.h. bei den bisher bekannten Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung von Heizungsanlagen) vorgegebenen Wert der gemittelten Brennerleistung zu reduzieren abhängig von dem Volumenstrom, der sich durch eine Messung feststellen lässt.
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Sofern die Leistung der Förderpumpe einstellbar ist, ist es weiterhin vorteilhaft und sinnvoll, den gemessenen Volumenstrom zu beziehen auf die jeweilige Leistung der Förderpumpe, weil unterschiedliche Leistungen der Förderpumpe auch zu unterschiedlichen maximalen Volumenströmen des Wärmetransportmediums führen können. Es hat sich dabei gezeigt, dass es für ein Mehrfamilienhaus (im Beispiel eines Ein oder Zweifamilienhauses) ausreichend ist, bei einer Leistung des Brenners der Heizung vom 12 kW einen Durchfluss von 10 Litern / Minute zu erreichen und einer Leistung des Brenners der Heizung von 24 kW einen Durchfluss von etwa 20 Litern / Minute. Es hat sich dabei gezeigt, dass diese Durchflussmengen ausreichen, um die erforderlichen Wärmemengen zu transportieren. Die hier angegebenen Durchflussmengen beziehen sich dabei auf den maximalen Durchfluss, der dann erreicht wird, wenn die Thermostatventile aller Heizkörper maximal geöffnet sind.
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Ist der Volumenstrom gering, kann dies bedeuten, dass nur wenige Thermostatventile von Heizkörpern aufgedreht sind. In diesem Fall kann vorteilhaft die zur Verfügung gestellte Wärmemenge der Heizungsanlage begrenzt werden. Ein geringer Volumenstrom kann sich beispielsweise auch dann einstellen, wenn viele Thermostatventile von Heizkörpern aufgedreht sind, in diesen Räumen aber die Temperatur so hoch ist, dass der tatsächliche Öffnungsgrad der Thermostatventile gering ist. Auch in diesem Fall ist es sinnvoll, die von der Heizungsanlage zur Verfügung gestellte Wärmemenge zu begrenzen. In beiden Fällen wird dennoch in sinnvoller Weise die erforderliche und gewünschte Raumtemperatur erreicht.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, dass trotz der Begrenzung der gemittelten Brennerleistung bei geringem Durchfluss auch dann noch eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt wird, wenn lediglich ein Heizkörper aufgedreht ist. Wegen der eingestellten Förderleistung der Pumpe stellt sich in diesem Fall bei einem maximalen Öffnungsgrad des Thermostatventils dieses Heizkörpers (d.h., wenn dieser Raum entsprechend kalt ist und das Thermostatventil aufgedreht ist), ein Volumenstrom ein, der in etwa der Hälfte des maximalen Volumenstroms entspricht. Die transportierte Wärmemenge hängt ab von dem Volumenstrom und der Vorlauftemperatur. Das heißt, dass auch unter diesen extremen Betriebsbedingungen, wenn beispielsweise bei geringen Außentemperaturen in einem Haus lediglich ein Raum beheizt werden soll, mit der vorliegenden Regelung dennoch eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt wird.
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Bei der Ausgestaltung des Verfahren nach Anspruch 2 steigt die eingestellte gemittelte Brennerleistung ausgehend von einem Wert des Volumenstroms des Wärmetransportmediums, der dem Wert „0“ zugeordnet ist, schrittweise in mehreren Schritten oder kontinuierlich an bis zum Maximalwert der gemittelten Brennerleistung bei einem Wert des Volumenstroms, der dem maximalen Volumenstrom der Heizungsanlage zugeordnet ist.
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Die eingestellte gemittelte Brennerleistung kann dabei bei einem Volumenstrom, der „0“ beträgt oder gerade größer als „0“ ist, einen Wert annehmen, bei dem sich im Kessel eine erforderliche Mindestbetriebstemperatur einstellt. Ausgehend von diesem Wert kann die gemittelte Brennerleistung abhängig von dem Verhältnis des gemessenen Volumenstroms zum maximalen Volumenstrom erhöht werden bis zu einem Maximalwert der gemittelten Brennerleistung.
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Dieser Maximalwert der gemittelten Brennerleistung ist begrenzt durch einen Temperaturwert des Kessels, der aus Sicherheitsgründen nicht überschritten werden darf.
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Gegebenenfalls kann die gemittelte Brennerleistung weiterhin noch in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingestellt werden. Dies kann u.U. bei größeren Wohnanlagen sinnvoll sein.
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Um gerade bei größeren Wohnanlagen auch bei niedrigen Außentemperaturen auch unter allgemein eher seltenen Betriebsbedingungen sicherzustellen, dass eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt wird, kann es sinnvoll sein, die gemittelte Brennerleistung an die Außentemperatur anzupassen derart, dass bei niedrigen Außentemperaturen ein höherer Wert der gemittelten Brennerleistung eingestellt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Einstellung der gemittelten Brennerleistung zwischen einem Wert entsprechend der erforderlichen Mindesttemperatur des Kessels und einem Maximalwert der gemittelten Brennerleistung in Abhängigkeit von der Außentemperatur einzustellen. Zwischen diesen beiden Werten der gemittelten Brennerleistung wird der tatsächliche Sollwert abhängig von der Volumenstrommessung eingestellt.
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Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 wird die gemittelte Brennerleistung eingestellt, indem eine Einschalttemperatur des Wärmetransportmediums der Heizungsanlage definiert ist, bei deren Unterschreiten der Brenner eingeschaltet wird, und indem eine Ausschalttemperatur des Wärmetransportmediums der Heizungsanlage definiert ist, bei deren Erreichen bzw. Überschreiten der Brenner ausgeschaltet wird, wobei eine Reduzierung der gemittelten Brennerleistung eingestellt wird, indem die definierten Werte der Einschalttemperatur und der Ausschalttemperatur reduziert werden, wobei die Reduzierung der gemittelten Brennerleistung abhängig von dem Verhältnis des gemessenen Volumenstroms zu dem maximalen Wert des Volumenstroms vorgenommen wird.
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Die Reduzierung der gemittelten Brennerleistung abhängig von dem gemessenen Volumenstrom erfolgt, indem der tatsächliche Sollwert der gemittelten Brennerleistung abhängig von der Volumenstrommessung eingestellt wird in Relation zu dem Wert der gemittelten Brennerleistung, der dem maximalen Volumenstrom zugeordnet ist.
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Dies erweist sich insofern als vorteilhaft, weil durch die niedrigere Temperatur des Kessels die Wärmeverluste verringert werden, die ohne sinnvolle Nutzung zu einer Erwärmung im Heizungsraum führen. Diese Reduzierung der Verlustleistung beruht darauf, dass bei einem geringeren Temperaturgradienten (d.h. einem niedrigeren Temperaturniveau) die Wärmeverluste geringer sind. Durch dieses niedrigere Temperaturniveau reduziert sich auch die Temperatur des Wärmetransportmediums. Um also eine bestimmte Wärmemenge zu einem Raum des Hauses zu bringen, muss wegen des niedrigeren Temperaturniveaus die geförderte Menge des Wärmetransportmediums erhöht werden. Bei gleicher Förderleistung der Förderpumpe erfolgt dies, indem der tatsächliche Öffnungsgrad des Thermostatventils des Heizkörpers des betreffenden Raums vergrößert wird. Durch die niedrigere Temperatur erfolgt dies durch das Thermostatventil selbsttätig.
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Es wird also der Strömungswiderstand für das Wärmetransportmedium reduziert. Im Ergebnis wird daher die Förderleistung der Pumpe des Wärmetransportmediums effektiver genutzt, weil diese Förderleistung zu einem größeren Anteil in eine größere Fördermenge umgesetzt wird und zu einem geringeren Anteil ohne eine effektive Nutzung verbraucht wird, weil die Förderpumpe mit ihrer Förderleistung gegen ein mehr oder weniger geschlossenes Thermostatventil anpumpt.
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Außer der unmittelbaren Reduzierung der Verlustleistung der Heizungsanlage im Heizungsraum durch die niedrigere Temperatur wird die Energieeffizienz weiterhin verbessert durch den besseren Wirkungsgrad, mit dem auch die Förderpumpe betrieben wird.
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Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 sind die Ausschalttemperatur und die Einschalttemperatur relativ zueinander definiert derart, dass bei einem höheren Wert der Einschalttemperatur bzw. der Ausschalttemperatur die Differenz zwischen der Ausschalttemperatur und der Einschalttemperatur höher ist als bei einem niedrigeren Wert der Einschalttemperatur bzw. der Ausschalttemperatur.
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Diese Vorgehensweise erweist sich bei der Regelung von Heizungsanlagen als vorteilhaft. Bei einem niedrigeren Temperaturniveau werden dabei vorteilhaft starke Schwankungen der Temperatur des Wärmetransportmediums vermieden. Bei einem höheren Temperaturniveau wird durch die höhere Differenz zwischen Einschalttemperatur und Ausschalttemperatur erreicht, dass die Einschalthäufigkeit des Brenners reduziert wird.
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Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 werden bei einem gemessenen Volumenstrom des Wärmetransportmediums mit dem Wert „0“ der Brenner sowie auch die Förderpumpe des Wärmetransportmediums ausgeschaltet. Die Förderpumpe wird in bestimmten Zeitabständen kurzzeitig eingeschaltet. Dabei wird die Förderpumpe wieder abgeschaltet, wenn der gemessene Volumenstrom den Wert „0“ hat, wobei der Brenner ausgeschaltet bleibt, bis sich ein Volumenstrom größer als „0“ ergibt.
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Die bestimmten Zeitabstände können beispielsweise 5 Minuten betragen. Mit einer Einschaltdauer von einigen Sekunden (beispielsweise 3 Sekunden) lässt sich dann feststellen, ob sich ein Volumenstrom des Wärmetransportmediums einstellt, der größer ist als „0“.
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Mit dieser Maßnahme entsprechend dem Anspruch 5 lässt sich feststellen, ob im Haus u.U. überhaupt kein Wärmebedarf besteht. Dies ist dann der Fall, wenn der tatsächliche Öffnungsgrad aller Thermostatventile gleich „0“ ist. In diesem Fall arbeitet die Förderpumpe mit der vollen Förderleistung vollständig gegen geschlossene Ventile, so dass der Volumenstrom „0“ bleibt. In dieser Situation ist es sinnvoll, den Brenner abzuschalten sowie auch die Förderpumpe. Dadurch lässt sich Energie sparen. Durch das zyklische Wiedereinschalten der Förderpumpe für kurze Zeitspannen lässt sich feststellen, ob sich die Betriebssituation zwischenzeitlich geändert hat. Diese Änderung der Betriebssituation tritt dann ein, wenn wenigstens an einem Heizkörper der tatsächliche Öffnungsgrad des Thermostatventils größer als „0“ ist. Dann stellt sich wieder ein Volumenstrom des Wärmetransportmediums ein, der größer ist als „0“. In diesem Fall wird die Förderpumpe weiter betrieben. Außerdem wird dann auch der Brenner wieder eingeschaltet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt dabei:
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1: ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Regelung nach der vorliegenden Erfindung,
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2: eine Erläuterung zu dem Blockschaltbild nach 1 und
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3: eine Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage.
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1 zeigt eine Darstellung des Funktionsprinzips des vorliegenden Verfahrens. Entsprechend dem Funktionsblock 101 wird ein Maximalwert vorgegeben für den Volumenstrom des Wärmetransportmediums, der in einer bestimmten Konfiguration einer Heizungsanlage erreichbar ist. Dieser maximale Volumenstrom stellt sich dann ein, wenn bei einer bestimmten Förderleistung der Förderpumpe der tatsächliche Öffnungsgrad aller Thermostatventile maximal ist. In diesem Fall ist der Strömungswiderstand für das Wärmetransportmedium am geringsten.
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Dieser Maximalwert kann beispielsweise ermittelt werden, indem bei einer Heizungsanlage bei allen Thermostatventilen die Ventilköpfe abgenommen werden. Die Thermostatventile haben dann ihren maximalen tatsächlichen Öffnungsgrad. Es ist möglich, in dieser Betriebssituation eine Messung durchzuführen und den Maximalwert des Volumenstroms – ggf. noch abhängig von unterschiedlichen Förderleistungen der Förderpumpe – einzustellen. Es ist aber auch möglich, diesen Maximalwert des Volumenstroms nach Inbetriebnahme der Anlage im laufenden Betrieb zu messen. Wird beispielsweise zunächst ein Wert als Maximalwert des Volumenstroms voreingestellt, der typisch ist für eine bestimmte Menge des Wärmetransportmediums in der Heizungsanlage und eine bestimmte Förderhöhe (abhängig von der Zahl der Geschosse in dem Haus), kann eine Voreinstellung vorgenommen werden, die dann im laufenden Betrieb korrigiert werden kann. Diese Korrektur kann vorgenommen werden, indem der aktuell gemessene Wert des Volumenstroms verglichen wird mit dem gespeicherten Maximalwert. Ist der aktuell gemessene Wert des Volumenstroms größer als der Maximalwert, wird dann vorteilhaft der gespeicherte Maximalwert des Volumenstroms ersetzt durch den aktuell gemessenen Wert des Volumenstroms. Es ist dabei beispielsweise auch möglich, kurzzeitig die eingestellte gemittelte Brennerleistung zu reduzieren, um die Temperatur des Wärmetransportmediums abzusenken. Dies bewirkt, dass in den Räumen, in denen überhaupt Thermostatventile eingeschaltet sind, diese Thermostatventile weiter öffnen, um durch eine größere Durchflussmenge des Wärmetransportmediums die niedrigere Temperatur des Wärmetransportmediums auszugleichen und so eine ausreichende Wärmemenge in dem Raum zu erhalten. Damit kann die Heizungsanlage gezielt veranlasst werden in einen Betriebsmodus mit maximalem Volumenstrom zu gehen. Dieser maximale Volumenstrom kann gemessen und für die weitere Verwendung bei der Regelung gespeichert werden.
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Während der Regelung erfolgt die Einstellung der Heizungsanlage abhängig von dem sich einstellenden Volumenstrom des Wärmetransportmediums. Daher wird ein Signal 102, das dem sich einstellenden Volumenstrom (aktuell gemessener Wert) des Wärmetransportmediums entspricht, einem Divisor 103 zugeführt. Diesem Divisor 103 wird ebenfalls ein Signal zugeführt, das dem maximalen Volumenstrom des Wärmetransportmediums entspricht. In dem Divisor 103 wird also der prozentuale Anteil des momentanen Volumenstroms zu dem möglichen Maximalwert des Volumenstroms des Wärmetransportmediums ermittelt.
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Das Ausgangssignal 104 dieses Divisors 103 wird einem Multiplizierer 108 zugeführt. Diesem Multiplizierer 108 wird weiterhin ein Signal 107 zugeführt. Dieses Signal 107 ist das Ausgangssignal einer Einstelleinheit 105. In dieser Einstelleinheit 105 wird eine Bandbreite des Sollwertes des Wärmetransportmediums im Kessel der Heizungsanlage eingestellt. Diese Bandbreite des Sollwertes der Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel kann manuell eingestellt werden.
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Der Sollwert der Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel kann über die Einschalttemperatur des Wärmetransportmediums im Kessel definiert sein, bei deren Unterschreiten der Brenner eingeschaltet wird oder durch die Ausschalttemperatur des Wärmetransportmediums im Kessel, bei deren Überschreiten der Brenner abgeschaltet wird.
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Die Einstellung der Bandbreite bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass damit der Maximalwert des Sollwertes des Wärmetransportmediums eingestellt wird, der dem maximalen Volumenstrom zugeordnet sein soll. Der Minimalwert entspricht der Mindesttemperatur des Kessels im Betrieb.
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Alternativ oder zusätzlich ist es beispielsweise noch möglich, die Regelung durch die (gemessene) Außentemperatur zu beeinflussen in dem Sinne, dass bei niedrigen Außentemperaturen ein höherer Temperatursollwert des Wärmetransportmediums erreicht wird. In diesem Fall wird der Einstelleinheit 105 ein Signal 106 zugeführt, das der gemessenen Außentemperatur entspricht. Dies entspricht dem Funktionsprinzip gängiger Heizungsanlagen, bei denen die Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel abhängig von der Außentemperatur eingestellt wird, wobei der Grad dieser Abhängigkeit (meist als Steilheit bezeichnet) noch manuell eingestellt werden kann.
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Es ist an dieser Stelle festzuhalten, dass die Berücksichtigung der Außentemperatur nicht notwendig ist. Es hat sich gezeigt, dass allein durch eine Einstellung der gemittelten Brennerleistung abhängig von der Durchflussmenge des Wärmetransportmediums eine stabile und zuverlässige Regelung erzielt werden kann.
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Weiterhin ist noch eine Vorgabeeinheit 109 zu sehen, in der eine bestimmte Mindesttemperatur des Kessels vorgegeben werden kann. Diese Mindesttemperatur des Kessels kann benutzerseitig voreingestellt werden oder abhängig von dem installierten Kessel und dem installierten Brenner fest vorgegeben sein.
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Das Ausgangssignal 110 des Multiplizierers 108 sowie das Ausgangssignal 111 der Vorgabeeinheit 109 werden einem Addierer 112 zugeführt. In diesem Addierer 112 wird der Sollwert des Wärmetransportmediums im Kessel gebildet, der dann als Ausgangssignal 113 ausgegeben wird.
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Aus diesem Sollwert des Wärmetransportmediums im Kessel wird dann in an sich bekannter Weise unter Beachtung der Hysterese eine Einschalttemperatur für den Brenner gebildet sowie eine Ausschalttemperatur.
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Bei herkömmlichen Heizungsanlagen ist der Divisor 103 nicht vorhanden sowie auch keine prozentuale Berücksichtigung des Fördervolumens des Wärmetransportmediums. Anders ausgedrückt, werden herkömmliche Heizungsanlagen so geregelt, als würde der Divisor in dem Schritt 103 dauerhaft den Wert „1“ (== 100 %) ergeben.
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2 zeigt das Funktionsprinzip der Sollwertvorgabe für die Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel abhängig von dem gemessenen Volumenstrom des Wärmetransportmediums. Es ist zu sehen, dass eine Minimaltemperatur entweder abhängig vom Kessel und Brenner voreingestellt ist oder auch manuell voreinstellbar ist. Weiterhin ist eine Temperaturbandbreite vorgesehen – im Ausführungsbeispiel der 2 von 50 Grad Celsius. Im Bereich dieser Temperaturbandbreite wird der Temperatursollwert für den Kessel der Heizungsanlage abhängig vom gemessenen Volumenstrom eingestellt. In der Mitte ist der Volumenstrom VS in % des Maximalwertes dargestellt. Erreicht der gemessene Volumenstrom seinen Maximalwert, liegt der Sollwert der Temperatur bei 75 Grad Celsius. Ansonsten wird der Sollwert abhängig von dem prozentualen Anteil des gemessenen Volumenstroms zum Maximalwert entsprechend reduziert.
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3 zeigt das Prinzip einer Heizungsanlage. Es ist eine Heizung mit einem Kessel 302 zu sehen (dargestellt durch die Windungen des Wärmetauschers) sowie den Brenner 301. Es ist zu sehen, dass die Temperatur des Kessels 302 mit dem Temperaturfühler 303 erfasst und einem Regler 307 zugeführt wird. Diesem Regler 307 wird weiterhin ein Signal eines Volumenstromsensors 308 zugeführt.
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Aus diesem Signal, das den gemessenen Volumenstrom repräsentiert sowie der gemessenen Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel (gemessen über den Sensor 303) wird von dem Regler 307 zum einen über das zwischengeschaltete Steuergerät der Brenner 301 ein- bzw. ausgeschaltet.
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Außerdem geht von dem Regler 307 geht noch eine Ausgangsleitung 310 für ein Steuersignal zu einer Förderpumpe 309 für das Wärmetransportmedium. Über diese Ausgangsleitung kann die Förderpumpe 309 ganz abgeschaltet werden oder auch – beispielsweise in mehreren Stufen – in ihrer Förderleistung einstellbar sein.
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Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann über den Regler 307 beispielsweise die Förderpumpe 309 abgeschaltet werden, wenn ein Volumenstrom von „0“ gemessen wurde. In diesem Fall wird auch der Brenner 301 ausgeschaltet. Wie im Zusammenhang mit Anspruch 5 beschrieben kann durch zyklisches Einschalten der Förderpumpe 309, verbunden mit einer Messung über die Messeinheit 308 kontrolliert werden, ob zwischenzeitlich eines der Ventile 314, 315 im Heizkreis geöffnet hat, so dass sich wieder ein Volumenstrom größer als „0“ einstellt. Dann bleibt die Förderpumpe eingeschaltet und der Brenner wird wiederum abhängig von den vorliegenden Verhältnissen der Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel zum Sollwert ein- bzw. ausgeschaltet.
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Von der Förderpumpe 309 wird das Wärmetransportmedium über den Vorlauf 311 im Heizkreis umgepumpt. Es sind in der Darstellung der 3 zwei Heizkörper 313 und 316 dargestellt, jeweils mit einem Thermostatventil 314 bzw. 315. Diese werden von einem Benutzer abhängig von einem gewünschten Wärmegrad in dem entsprechenden Raum eingestellt. Der tatsächliche Öffnungsgrad des Thermostatventils hängt dann wiederum von der Raumtemperatur ab. Nähert sich die Raumtemperatur entsprechend der Voreinstellung am Thermostatventil an, reduziert sich die Öffnung des Thermostatventils (der tatsächliche Öffnungsgrad wird kleiner). Ist der Raum zu kalt, öffnet das Thermostatventil abhängig von der Temperaturdifferenz der Temperatur im Raum zu dem Wert, der am Thermostatkopf vom Benutzer eingestellt wurde (der tatsächliche Öffnungsgrad wird größer).
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Sind in der Darstellung der Figur beide Thermostatventile 314 und 315 geschlossen, arbeitet die Förderpumpe 309 gegen die beiden geschlossenen Schieber an. Es stellt sich ein Volumenstrom von „0“ ein. Öffnet eines der Thermostatventile, stellt sich ein Volumenstrom größer als „0“ ein.
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Wenn nur einer der beiden Heizkörper aufgedreht ist, genügt im Rahmen der vorliegenden Regelung eine niedrigere Vorlauftemperatur, um dennoch eine ausreichende Wärmemenge in dem Raum zu haben. Die niedrigere Vorlauftemperatur wird kompensiert durch den zunehmenden tatsächlichen Öffnungsgrad des Thermostatventils, so dass dem Raum insgesamt eine ausreichende Wärmemenge zugeführt wird. Das Thermostatventil des entsprechenden Heizkörpers öffnet weiter, um einen größeren Volumenstrom zu erhalten. Wird dann auch das andere Thermostatventil geöffnet, steigt der Volumenstrom insgesamt, weil der Gesamt-Strömungswiderstand der Heizungsanlage sinkt. Dennoch reduziert sich der Volumenstrom in dem Heizkörper, der bisher bereits geöffnet war, weil sich die Förderleistung der Förderpumpe dann auf die beiden Heizkörper verteilt.
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Durch die vorliegende Regelung bewirkt aber der insgesamt gestiegene Volumenstrom, dass der Sollwert Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel im gleichen Verhältnis ansteigt. Dadurch wird auch in dem Raum, bei dessen Heizkörper bisher bereits das Thermostatventil geöffnet war, eine nach wie vor ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt. Der Volumenstrom durch diesen Heizkörper sinkt zwar in Folge der Verteilung des Fördervolumens auch auf den anderen Heizkörper. Durch die höhere Vorlauftemperatur wird aber dennoch eine ausreichende Wärmemenge zur Verfügung gestellt.
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Bei einem Schließen eines Thermostatventils sind die Verhältnisse dann entsprechend umgekehrt. Der Gesamt-Volumenstrom sinkt, dadurch sinkt auch der Sollwert der Temperatur des Wärmetransportmediums im Kessel. Da das Fördervolumen nur noch für einen Heizkörper benötigt wird, reicht auch in diesem Fall die Wärmemenge insgesamt wieder aus.
