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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art ist an sich bekannt, so dass es diesbezüglich keines besonderen druckschriftlichen Nachweises bedarf. Bei diesem wird während des Betriebs der Anlage mit einem Wärmeerzeuger ein Wärmeträgermedium (Heizkreiswasser) auf einen Vorlauftemperaturwert erwärmt, wobei das vom Wärmeerzeuger erwärmte Wärmeträgermedium über eine Vorlaufleitung einem Wärmespeicher zugeführt und das im Wärmespeicher gespeicherte Wärmeträgermedium über eine Rücklaufleitung zum Wärmeerzeuger zurückgeführt wird. Die Förderung des Wärmeträgermediums erfolgt mittels einer typischer Weise dreistufig schaltbaren Pumpe. Weiterhin wird bei dieser bekannten Lösung an der Rücklaufleitung ein Rücklauftemperaturwert des Wärmeträgermediums erfasst, wobei dieser dann zur Steuerung eines Effizienzverluste und Komforteinbußen verursachenden, zwischen der Vor- und der Rücklaufleitung an einem Bypass positionierten, thermostatischen Bypassventils verwendet wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage der eingangs genannten Art zu verbessern. Insbesondere soll ein effizienteres Verfahren geschaffen werden, bei dem die tatsächlich abgegebene Leistung des Wärmeerzeugers stets optimal an den Bedarf des Betreibers bzw. des Benutzers der Heizungsanlage angepasst ist.
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Diese Aufgabe wird 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 zum Fördern des Wärmeträgermediums insbesondere durch die Vor- und Rücklaufleitung aber auch durch den Wärmeerzeuger und den Wärmespeicher eine leistungsregulierbare Pumpe verwendet wird, dass der Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums erfasst wird und dass die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von dem erfassten Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums geregelt wird.
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Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass bei der Regelung der Heizungsanlage bzw. der Leistung der drehzahlgesteuerten, so genannten Hocheffizienzpumpe insbesondere der wärmeerzeugerseitig an der Vorlaufleitung bzw. im Wärmeerzeuger erfasste Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums (bzw. des Heizkreiswassers) berücksichtigt wird, was beim eingangs genannten Stand der Technik nicht der Fall ist.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Der Vollständigkeit halber wird auf
DE 10 2008 028 375 A1 verwiesen. Dort wird ein Wärmeträgermedium mittels einer leistungsregulierbaren Pumpe zwischen einem Wärmeerzeuger und einer Übergabekomponente (ein Wärme- bzw. Kälteverbraucher und damit insbesondere kein Wärmespeicher) zirkuliert, wobei die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von Temperaturdifferenzwerten geregelt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren 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 schematisch anhand eines Schaltplans die zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Heizungsanlage mit Wärmeerzeuger und Wärmespeicher.
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Die in 1 dargestellte Heizungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in bekannter Weise zunächst einmal aus einem Wärmeerzeuger 1 zum Erwärmen eines mit einer Pumpe 5 geförderten Wärmeträgermediums (Heizkreiswasser) und aus einem über eine Vor- 2 und eine Rücklaufleitung 4 mit dem Wärmeerzeuger 1 verbundenen Wärmespeicher 3. Bei einer solchen Heizungsanlage wird, verfahrensmäßig ausgedrückt, ein Wärmeträgermedium mit einem Wärmeerzeuger 1 auf einen Vorlauftemperaturwert erwärmt. Außerdem wird das vom Wärmeerzeuger 1 erwärmte Wärmeträgermedium über eine Vorlaufleitung 2 einem Wärmespeicher 3 zugeführt und das im unteren Teil des Wärmespeichers 3 gespeicherte, kältere Wärmeträgermedium über eine Rücklaufleitung 4 zum Wärmeerzeuger 1 zurückgeführt. Dabei ist die Vorlaufleitung 2 jeweils an einem oberen Ende und die Rücklaufleitung 4 jeweils an einem unteren Ende des Wärmeerzeugers 1 und des als Schichtenspeicher ausgebildeten Wärmespeichers 3 bzw. Pufferspeichers angeordnet.
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Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist nun, dass zum Fördern des Wärmeträgermediums insbesondere durch die Vor- und Rücklaufleitung 2, 4 eine leistungsregulierbare Pumpe (eine so genannte Hocheffizienzpumpe) 5 verwendet wird, dass der Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums erfasst wird und dass die Leistung der Pumpe 5 in Abhängigkeit von dem erfassten Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums geregelt wird. Eine mögliche Position des Temperatursensors zur Erfassung des Temperaturwertes am Wärmeerzeuger 1 ist in 1 links oben mit Hilfe des kleinen schwarzen Punktes gekennzeichnet. Die Erfassung des Vorlauftemperaturwertes kann aber auch, was bevorzugt wird, im Wärmeerzeuger selbst erfolgen.
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Gegenständlich ausgedrückt, zeichnet sich die Heizungsanlage dadurch aus, dass diese bypassfrei und die vorzugsweise an der Rücklaufleitung 4 angeordnete Pumpe 5 als leistungsregulierbare Pumpe ausgebildet ist, d. h. die Leistung der Pumpe 5 ist zum Beispiel über die Einstellung der gewünschten Drehzahl in vielen kleinen Stufen an die aktuell ermittelten Betriebsbedingungen anpassbar. Ein hydraulischer Kurzschluss über einen die Vor- und Rücklaufleitung 2, 4 verbindenden Bypass entfällt bei der erfindungsgemäßen Lösung. Zusammen mit einem an der Vor- 2 bzw. Rücklaufleitung 4 vorgesehenen Volumenstromsensor 9 ist es darüber hinaus möglich, eine Relation zwischen den Werten ”Leistung der Pumpe”, ”Drehzahl der Pumpe” und ”Volumenstrom” aufzustellen.
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Entstanden ist die Erfindung im Rahmen der Entwicklung eines neuen Festbrennstoffkessels mit einem modulierend arbeitenden Brenner zum Verbrennen von Holz, insbesondere von so genannten Pellets. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für diesen Anwendungsbereich, ist hierauf aber nicht beschränkt.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass wärmespeicherseitig ein weiterer Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums erfasst wird und dass die Leistung der Pumpe 5 auch in Abhängigkeit von diesem weiteren Vorlauftemperaturwert des Wärmeträgermediums geregelt wird. Eine mögliche Position des Temperatursensors zur Erfassung des weiteren Vorlauftemperaturwertes ist in 1 rechts oben mit Hilfe des kleinen schwarzen Punktes gekennzeichnet. Die Erfassung des weiteren Vorlauftemperaturwertes kann aber auch, was bevorzugt wird, im Wärmespeicher selbst erfolgen.
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Um schnell optimale Betriebsbedingungen der Heizungsanlage zu erreichen, ist weiterhin vorgesehen, dass die Leistung der Pumpe 5 innerhalb eines vordefinerten, niedrigen Temperaturbereichs des Wärmeerzeugers 1 in Abhängigkeit vom Vorlauftemperaturwert (am Wärmeerzeuger 1) geregelt wird.
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Um eine Effizienzsteigerung bei geringem Wärmebedarf bei gleichzeitiger Durchladung des Wärmespeichers zu erreichen, ist ferner vorgesehen, dass die Leistung der Pumpe 5 innerhalb eines vordefinerten, hohen Temperaturbereichs des Wärmeerzeugers 1 in Abhängigkeit vom Vorlauftemperaturwert (am Wärmeerzeuger 1) geregelt wird.
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In beiden Fällen – also im niedrigen und im hohen Temperaturbereich des Wärmeerzeugers 1 – gilt, dass die Leistung der Pumpe 5 proportional zum Vorlauftemperaturwert geregelt wird.
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Um eine variable Leistungsanpassung mit Laufzeitoptimierung zu erreichen, ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Leistung der Pumpe 5 ab einem vordefinerten Temperaturniveau des Wärmespeichers 3 sowohl in Abhängigkeit des Vorlauftemperaturwertes des Wärmeerzeugers 1 als auch in Abhängigkeit des weiteren Vorlauftemperaturwertes des Wärmespeichers 3 geregelt wird.
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Noch etwas genauer betrachtet, ist vorgesehen, dass die Leistung der Pumpe 5 ab dem vordefinierten Temperaturniveau des Wärmespeichers 3 in Abhängigkeit vom Differenzwert zwischen dem Vorlauftemperaturwert des Wärmeerzeuters 1 und dem weiteren Vorlauftemperaturwert des Wärmespeichers 3 geregelt wird.
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Da eine solche Heizungsanlage neben dem Wärmeerzeuger 1 und dem Wärmespeicher 3 regelmäßig auch über einen Wärmeverbraucher 6 (also insbesondere einen Heizkreis mit Heizkörpern oder eine Fußbodenheizung einschließlich eigener [Umwälz-]Pumpe 11) verfügt, ist weiterhin vorgesehen, dass dieser über eine (zwischen den beiden Temperatursensoren einmündende) Wärmeverbrauchervorlaufleitung 7 mit der Vorlaufleitung 2 und über eine Wärmeverbraucherrücklaufleitung 8 mit der Rücklaufleitung 4 verbunden ist.
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Das soeben erläuterte Regelungsverfahren ist dabei deshalb besonders vorteilhaft, weil mittels der (Umwälz-)Pumpe 11 bei entsprechender Einstellung der Pumpe 5 (zum Beispiel Stillstand oder nur sehr geringem Volumenstrom) letztlich sogar über die Vorlaufleitung 2 Wärmeträgermedium aus dem Wärmespeicher 3 abgeführt wird, d. h. in dem Abschnitt zwischen Wärmespeicher 3 und Mündung der Wärmeverbrauchervorlaufleitung 7 findet praktisch eine Strömungsumkehr statt, was offenkundig zu unterschiedlichen Temperaturen an den beiden Temperatursensoren führen kann.
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Ferner wird an der Rücklaufleitung 4 im Bereich zwischen dem Wärmeerzeuger 1 und der in die Rücklaufleitung 4 einmündenden Wärmeverbraucherrücklaufleitung 8 ein dritter Temperaturwert erfasst. Eine solche Position des Temperatursensors zur Erfassung dieses dritten Temperaturwertes ist in 1 etwa mittig mit Hilfe des kleinen schwarzen Punktes an der Rücklaufleitung 4 gekennzeichnet.
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Um eine gleichbleibende Wärmeübertragung bei unterschiedlichen Rücklauftemperaturen des Wärmeverbrauchers 6 zu erreichen, ist außerdem vorgesehen, dass die Leistung der Pumpe 5 auch in Abhängigkeit vom dritten Temperaturwert geregelt wird.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Pumpe 5 unterhalb des niedrigen Temperaturbereichs des Wärmeerzeugers 1 ausgeschaltet wird. Um dabei zu gewährleisten, dass der Wärmeerzeuger 1 nicht weiter vom Wärmeträgermedium durchströmt wird, ist außerdem an der Rücklaufleitung 4 ein motorbetriebenes Ventil 10 angeordnet, das bei ausgeschaltetem Wärmeerzeuger 1 über die Regelungseinheit, die auch alle übrigen vorgenannten Regelungstätigkeiten übernimmt, aber nicht extra dargestellt ist, geschlossen wird.
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Nochmals in anderen Worten ausgedrückt, funktioniert das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage wie folgt:
Die erfindungsgemäße wärmebedarfsgeführte Volumenstromregelung zur Speicherung der Überschusswärme in einen Pufferspeicher (Wärmespeicher 3) bzw. zur Wärmeabgabe an einen Verbraucher (Wärmeverbraucher 6) passt sich in Verbindung mit einer internen physikalischen Rücklaufanhebung eines modulierenden Wärmeerzeugers 1 für Festbrennstoffe an den jeweiligen betreiber- bzw. benutzerseitigen Wärmebedarf an und betreibt den Wärmeerzeuger immer im optimalen Bereich.
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Ab einem vordefinerten Temperaturniveau des Wärmespeichers 3 wird als Führungsgröße der weitere Vorlauftemperaturwert am Wärmespeicher 3 im stetigen Abgleich zum Vorlauftemperaturwert des Wärmeerzeugers 1 verwendet. Als zusätzliche Überwachung dient der dritte Temperaturwert an der Rücklaufleitung 4. Je nach Temperaturbedingung stellen sich unterschiedliche Regelcharakteristiken ein. Diese Methoden arbeiten auf einer Parametergrundlage, jeweils im Zusammenspiel mit der Wärmeerzeuger-Regelungsmethodik:
- a) Funktion ”Untere Zielführung” für ein schnelles Erreichen optimaler Betriebsbedingungen:
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Bei kaltem Wärmeerzeuger 1, Wärmespeicher 3 und Anlage wird ab einem unteren Schwellwert des Vorlauftemperaturwertes des Wärmeerzeugers 1 mit dem kleinsten möglichen Volumenstrom der Pumpe 5 begonnen.
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Mit steigender Temperatur des Wärmeerzeugers 1 wird der Volumenstrom über eine ”Zielführung” in Abhängigkeit des Vorlauftemperaturwertes am Wärmeerzeuger 1 angehoben. Diese Funktion dient dem Schutz des Wärmeerzeugers 1 und soll einer Verteerung im Aufheizvorgang durch Taupunktunterschreitung entgegenwirken. Im Zusammenspiel mit einer regelungsseitigen Anfahrentlastung des Wärmeerzeugers 1 oder gegegebenfalls mit einem Wärmespeicherladevorgang werden die Heizkreise zum Wärmeverbraucher 6 erst bei erreichtem Temperaturniveau am oberen Wärmespeichertemperatursensor freigegeben und mit Wärme versorgt; somit wird der Aufheizvorgang möglichst kurz gehalten.
- b) Funktion ”Delta T” für eine variable Leistungsanpassung mit Laufzeitoptimierung:
b1) Ab einem vordefinerten Temperaturniveau des Wärmespeichers 3 wird der Volumenstrom bzw. die Leistung der Pumpe 5 anhand des Differenzwertes aus dem Vorlauftemperaturwert am Wärmeerzeuger 1 und dem weiteren Vorlauftemperaturwert am Wärmespeicher 3 prozentual der jeweiligen Abweichung wärmebedarfsgeführt angepasst. Bei hoher Abnahme des Differenzwertes verbleibt der Wärmeerzeuger 1 in einer hohen Leistungsbereitstellung und der Volumenstrom passt sich weiter über den Differenzwert an, bis der Wärmebedarf in Sättigung geht. In diesem Betriebszustand kann der Wärmeerzeuger 1 mit Nennlast betrieben werden.
b2) Bei geringerem Wärmebedarf und folglich schnell steigenden Temperaturwerten, wird ab dem Zeitpunkt, an dem der Vorlauftemperaturwert des Wärmeerzeuger 1 größer als sein Soll-Wert ist, die Brennerleistung von der Regelung des Wärmeerzeugers 1 reduziert. Bei nun wieder leicht absinkendem Vorlauftemperaturwert am Wärmeerzeuger 1 und weiter leicht steigendem, weiteren Vorlauftemperaturwert am Wärmespeicher 3 passt sich der Volumenstrom bis auf den Mindestwert an.
b3) Bei wechselndem Wärmebedarf reagiert die ”Delta T”-Regelung sofort auf den absinkenden oder steigenden weiteren Vorlauftemperaturwert am Wärmespeicher 3 im Abgleich mit dem Vorlauftemperaturwert am Wärmeerzeuger 1. Die Leistung des Wärmeerzeugers 1 passt sich über den Abgleich des tatsächlichen Vorlauftemperaturwertes am Wärmeerzeuger 1 mit dem entsprechenden Soll-Wert an dieser Stelle bzw. vorgelagert über den Abgleich des tatsächlichen weiteren Vorlauftemperaturwertes am Wärmespeicher 3 zum Soll-Wert an dieser Stelle ebenfalls automatisch an.
- c) Funktion ”Obere Zielführung” zur Effizienzsteigerung bei geringem Wärmebedarf mit Durchladen des Wärmespeichers 3: Bei niedrigem Wärmebedarf, hohem Vorlauftemperaturwert am Wärmeerzeuger 1 und hohem weiteren Vorlauftemperaturwert am Wärmespeicher 3 wird ab einer Überschreitung eines oberen Schwellwertes des Vorlauftemperaturwertes am Wärmeerzeuger der Volumenstrom zielgeführt angehoben, um ein Durchladen des Wärmespeichers 3 (bzw. des Pufferspeichers) zu gewährleisten. In dieser Situation mit hohem Temperaturniveau und geringen Wärmebedarf macht ein weiterer Betrieb des Wärmeerzeugers 1 energetisch keinen Sinn. Dieser wird somit abgeschaltet, sobald der Pufferspeicher durchgeladen ist, was wiederum mit Hilfe eines weiteren, unten am Pufferspeicher angeordneten Temperatursensors ermittelbar ist.
- d) Funktion ”Offsetverschiebung”: Eine zusätzliche Überwachung des dritten Temperaturwertes an der Rücklaufleitung 4 sorgt über einen Abgleich mit dem Vorlauftemperaturwert am Wärmeerzeuger 1 zu einer Offsetverschiebung der entsprechenden Stellgröße für die Pumpe 5 und für eine gleichbleibende Wärmeabfuhr mit angepassten Volumenstrom bei wechselnden Rücklauftemperaturen. Diese Funktion gilt für alle Regelungsbereiche.
- e) Funktion ”Hydraulische Adaption”: Über einen Volumenstromabgleich (hydraulischer Abgleich) in definierten Betriebszuständen der Heizungsanlage, wird über eine entsprechende Stellgröße des vorerwähnten Ventils 10 eine automatische Anpassung an den bauseitigen hydraulischen Widerstand realisiert. Die Grundlage bildet hierfür ein Volumenstromsollwert, der sich aus einer Funktion aus einer Parametervorgabe sowie dem Vorlauftemperaturwert des Wärmeerzeugers 1 und dem dritten Temperaturwert an der Rücklaufleitung 4 ergibt. Dieser Wert wird nach Freigabe mit einem gemessenen Wert für den Volumenstrom abgeglichen und daraus ein Stellweg für das Ventil 10 ermittelt.
- f) Funktion ”Durchströmungsverhinderung” bei ausgeschaltetem Wärmeerzeuger 1: Zusätzlich wird eine Durchströmung des Wärmeerzeugers 1 bei Stillstand durch automatisches Zufahren des Ventiles 10 unterbunden, um ungewollten Auskühlverlusten vorzubeugen. Voraussetzungen: Der zu betreibende modulierende Wärmeerzeuger 1 für Festbrennstoffe muss für den Betrieb ohne externe Rücklaufanhebung zugelassen sein. Eine entsprechende Wärmespeicher-Lademethodik mit 2-Sensortechnik und eine Parallelanbindung zwischen Wärmespeicher 3 und Wärmeverbraucher 6 sind voraus zu setzen. Entsprechende Informationen zur Parametereinstellung müssen bekannt sein. Eine Erfassung der Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers 1 muss ebenfalls möglich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmeerzeuger
- 2
- Vorlaufleitung
- 3
- Wärmespeicher
- 4
- Rücklaufleitung
- 5
- Pumpe
- 6
- Wärmeverbraucher
- 7
- Wärmeverbrauchervorlaufleitung
- 8
- Wärmeverbraucherrücklaufleitung
- 9
- Volumenstrommesser
- 10
- Ventil
- 11
- Pumpe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008028375 A1 [0008]
