DE19737250C2 - Control device for heating systems - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern von Heizanlagen mit einer Heizeinrichtung zum Aufheizen einer Heizflüssigkeit, einer Umwälzpumpe zum Pumpen der Heizflüssigkeit und einem Rohrsystem mit einer vorgegebenen Mehrzahl von Wärmeabgabeelementen, die an das Rohrsystem angeschlossen sind und jeweils Steuerungsventile zum Regeln des Ausmaßes des Durchflusses von Heizflüssigkeit durch die Wärmeabgabeelemente aufweisen.The invention relates to a device for controlling Heating systems with a heating device for heating one Heating fluid, a circulation pump for pumping the Heating fluid and a pipe system with a predetermined Plurality of heat emission elements attached to the pipe system are connected and control valves for regulation the extent of the flow of heating fluid through the Have heat emission elements.
Heizanlagen der eingangs genannten Art werden in der Regel zum Beheizen von Gebäuden, wie etwa privaten Wohnhäusern, Bürogebäuden oder Fabrikhallen verwendet. Die Wärmeabgabeelemente sind dabei zumeist als von Wasser oder Heizflüssigkeit durchflossene Radiatoren ausgebildet, die anhand eines Betätigungsgriffes, der auf einem Regelungsventil in einem Zuflussrohr des jeweiligen Radiators einwirkt, an- und abstellbar sind, und die Durchflussmenge des Wassers durch einen bestimmten Radiator ist durch die jeweiligen Betätigungsgriffe einstellbar.Heating systems of the type mentioned are usually for heating buildings, such as private houses, Office buildings or factory halls used. The Heat emission elements are mostly of water or Radiators through which heating fluid is formed using an operating handle on a Control valve in an inlet pipe of the respective Radiators acts, are on and off, and the Flow rate of water through a particular radiator can be adjusted using the respective operating handles.
Die Umwälzpumpe einer derartigen Heizanlage arbeitet dabei unabhängig von der Anzahl der jeweils zu einem vorgegebenen Zeitpunkt an- bzw. abgestellten Radiatoren, und sie arbeitet unabhängig davon, ob die beheizten Radiatoren voll aufgedreht sind, d. h. einen hohen Durchsatz an beheiztem Wasser aufweisen und damit eine hohe Wärmemenge abgeben, oder ob sie nur teilweise aufgedreht sind und damit lediglich von einer reduzierten Menge beheizten Wassers durchflossen werden und entsprechend eine gegenüber dem vollaufgedrehten Zustand geringere Wärmemenge abgeben. Nachteilig ist dabei, daß die Energieaufnahme zum Betrieb der Umwälzpumpe zeitlich konstant immer so hoch ist, wie es einer maximalen Belastung der Umwälzpumpe entspricht. Dadurch entstehen erhöhte Energiekosten und eine erhöhte Umweltbelastung durch einen entsprechend hohen Energiekonsum.The circulation pump of such a heating system works here regardless of the number of each given a given Radiators turned on and off, and them works regardless of whether the heated radiators are full are turned up, d. H. a high throughput of heated Have water and thus give off a large amount of heat, or whether they are only partially turned up and so only from a reduced amount of heated water are flowed through and accordingly one compared to the give up less heat when fully turned up. The disadvantage here is that the energy consumption for operation the circulation pump is always as high as it is corresponds to a maximum load on the circulation pump. This results in increased energy costs and an increased one Environmental pollution due to a correspondingly high Energy consumption.
Aus DE 33 15 828 A1 ist eine Vorrichtung zum Steuern von Heizanlagen der eingangs genannten Art bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das Heizleistungsangebot in Abhängigkeit eines höchsten benötigten Wärmebedarfs verändert. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die so gewonnene Energieeinsparung noch verbessert werden kann.DE 33 15 828 A1 describes a device for controlling Heating systems of the type mentioned are known. At this known device, the heating output in Dependence on the highest required heat requirement changed. However, it has been shown that the so gained energy saving can still be improved.
Aus der DE 36 43 434 A1 ist eine Anordnung zum Steuern oder Regeln einer Warmwasser-Heizungsanlage bekannt, die eine Heizeinrichtung, einen Mischer und mehrere über Rohrleitungen verbundene Heizkörper aufweist, von denen im wesentlichen jeder mit einem Thermostatventil bestückt ist, wobei dadurch, daß im wesentlichen jedes Thermostatventil mit einem an sich bekannten Fühler zum Erfassen seines Schließ- bzw. Öffnungszustandes versehen ist, und daß ein oder mehr Fühler oder Gruppen von Fühlern über eine Verknüpfungsschaltung mit der Heizeinrichtung und/oder einem Mischer verbunden sind erreicht wird, daß der von der Heizeinrichtung bereitgestellte Wärmebedarf sich unabhängig von der Außentemperatur nach einem eingestellten Temperatursollwert einzelner oder mehrerer Räume richtet.From DE 36 43 434 A1 an arrangement for controlling or Known rules of a hot water heating system, the one Heater, a mixer and several over Pipes connected radiators, of which in essentially everyone is equipped with a thermostatic valve, whereby in that essentially each thermostatic valve with a sensor known per se for detecting its Closing or opening state is provided, and that a or more sensors or groups of sensors over one Linking circuit with the heating device and / or a mixer are connected, that of the Heating device provided heating needs independently from the outside temperature after a set Temperature setpoint of individual or multiple rooms.
Aus DE 44 14 260 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Temperatur in einer Mehrzahl von Räumen bekannt, bei dem eine wirtschaftliche Arbeitsweise unter Berücksichtigung des Wärmebedarfes einzelner Räume dadurch erreicht wird, daß für die Räume getrennt die Durchflussmenge durch Wärmeabgabeeinrichtungen oder eine hiervon abhängige Meßgröße ermittelt wird, jeweils der Raum mit der höchsten Durchflussmenge durch die Wärmeabgabeeinrichtung als Referenzraum gewählt wird, und die Wärmezufuhr an das Wärme übertragende Medium wenigstens teilweise in Abhängigkeit von dem Wärmebedarf des jeweiligen Referenzraumes erfolgt.DE 44 14 260 A1 describes a method for regulating the Temperature is known in a plurality of rooms at which considering an economical way of working the heat requirement of individual rooms is achieved that for the rooms separated by the flow rate Heat emission devices or a device dependent thereon Measured variable is determined, the room with the highest Flow rate through the heat emission device as Reference room is chosen, and the heat supply to the heat transmitting medium at least partially depending from the heat demand of the respective reference room.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der die Energieaufnahme der Umwälzpumpe reduziert ist.The object of the invention is to provide a device in which the energy consumption of the circulation pump is reduced.
Für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jedes Steuerungsventil mit einer Sensoreinheit mit einem A/D-Wandler versehen ist, die zum Übertragen von Signalen mit einer programmgesteuerten Rechenanlage verbunden ist, wobei die Rechenanlage zum Übertragen von Steuersignalen mit der Umwälzpumpe verbunden ist, wobei die Ventilstellung der jeweiligen Wärmeabgabeelemente auf programmierbare Weise einstellbar ist derart, daß durch das Programm der Rechenanlage eine im Verlauf der Zeit vorherbestimmte Änderung der Ventilstellung bewirkt wird derart, daß ein betreffendes Ventil kontinuierlich im Abstand einer vorgegebenen Taktung reziprozierend geöffnet und geschlossen ist.This is used for a device of the type mentioned at the beginning Task solved in that each control valve with a sensor unit is provided with an A / D converter for transmitting signals with a program-controlled Computer system is connected, the computer system for Transmission of control signals connected to the circulation pump is, the valve position of the respective Heat emission elements adjustable in a programmable way is such that through the program of the computer system change of time predetermined over time Valve position is effected such that a relevant one Valve continuously at a predetermined interval is reciprocally opened and closed.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch das Vorsehen einer Sensoreinheit mit einem A/D-Wandler an jedem Steuerungsventil der vorgegebenen Mehrzahl von Wärmeabgabeelementen, wobei jede Sensoreinheit zum Übertragen von Signalen mit einer Rechenanlage verbunden ist, die zum Übertragen von Steuersignalen mit der Umwälzpumpe verbunden ist, bewirkt, daß die Leistung der Umwälzpumpe an den Ventilsstellungszustand der jeweiligen Steuerungsventile anpassbar ist und der Energieverbrauch der Umwälzpumpe in der Weise regelbar ist, daß bei einer offenen oder relativ weit geöffneten Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Umwälzpumpe auf ein einem normalen Betrieb entsprechendes Ausmaß setzbar ist und bei einer geschlossenen oder fast geschlossenen Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Umwälzpumpe auf ein gesenktes Ausmaß setzbar ist, bei dem die Umwälzpumpe etwa 50% der Leistung eines Normalbetriebes aufnimmt, und daß bei halbgeöffneter Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Umwälzpumpe auf einen Zustand setzbar ist, in dem eine mittlere Leistungsaufnahme vorgesehen ist, die je nach Ventilstellung mehr oder weniger als 75% der Leistung des Normalbetriebes ausmacht, wobei die Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe in Zwischenstellungen eines Steuerungsventils linear mit der Zunahme der Durchflussmenge an Heizflüssigkeit durch das betreffende Wärmeabgabeelement erhöht bzw. erniedrigt wird.In the device according to the invention Provide a sensor unit with an A / D converter on each Control valve of the predetermined plurality of Heat emission elements, each sensor unit for Transmission of signals connected to a computer system is used to transmit control signals with the Circulation pump connected, causes the performance of the Circulation pump to the valve position status of the respective Control valves are customizable and energy consumption the circulation pump can be regulated in such a way that at a open or relatively wide open position of a Control valve the performance of the circulation pump on an extent corresponding to normal operation can be set and with a closed or almost closed Position of a control valve the performance of the Circulation pump can be set to a reduced extent, in which the circulation pump about 50% of the performance of normal operation records, and that in the half-open position one Control valve the performance of the circulation pump on one Condition is settable in which a medium power consumption is provided, which depending on the valve position more or accounts for less than 75% of normal operation, the power consumption of the circulation pump in Intermediate positions of a control valve linear with the Increase in the flow rate of heating fluid through the relevant heat emission element is increased or decreased.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Signalübertragung zwischen der Sensoreinheit und der Rechenanlage bidirektional ausgebildet. Dadurch ist ermöglicht, daß Signale sowohl in Richtung von der Sensoreinheit zur Rechenanlage als auch in umgekehrter Richtung von der Rechenanlage zur Sensoreinheit abgebbar sind. Durch diese spezielle Ausführungsform wird erreicht, daß die Ventilstellung der jeweiligen Wärmeabgabeelemente auf programmierbare Weise einstellbar ist, wobei durch das Programm der Rechenanlage eine im Verlauf der Zeit vorherbestimmte Änderung der Ventilstellung bewirkt wird, derart, daß das betreffende Ventil kontinuierlich im Abstand von etwa 2 Minuten reziprozierend geöffnet und geschlossen wird. Durch ein derartiges zeitweiliges Schießen des Ventils eines vorherbestimmten Wärmeabgabeelementes wird erreicht, daß die notwendige Leistung der Umwälzpumpe zum Betreiben der erfindungsgemäßen Heizanlage gesenkt werden kann, und quintessentiell nur auf etwa die Hälfte der Anzahl der vorgesehenen Wärmeabgabeelemente ausgelegt sein muß. Es hat sich nämlich gezeigt, daß es zum Aufrechterhalten einer stetigen Wärmeabgabe eines Heizelementes nicht notwendig ist, dieses permanent von Heizflüssigkeit durchfließen zu lassen, sondern, daß hierzu ein im Abstand von etwa 2 Minuten vorgenommenes An- und Abstellen des jeweiligen Wärmeabgabeelementes ausreichend ist, da ein jedes Wärmeabgabeelement aufgrund der eigenen Masse und der Masse der sich darin befindlichen Heizflüssigkeit einen so großen Wärmeinhalt und damit eine so große Wärmeabgabeträgheit aufweist, daß durch ein kurzzeitiges Abklemmen des Wärmeabgabeelementes vom Rohrsystem keine nennenswerte zwischenzeitliche Abkühlung des Wärmeabgabeelementes bewirkt wird.According to a preferred embodiment of the The device according to the invention is the signal transmission between the sensor unit and the computing system bi-directional. This enables Signals both towards the sensor unit Computing system as well as in reverse from the Computer system can be delivered to the sensor unit. Through this special embodiment ensures that the Valve position of the respective heat emission elements programmable way is adjustable, whereby by the Computer program one over time predetermined change in the valve position is effected, such that the valve in question continuously in Interval of about 2 minutes open reciprocally and is closed. By such a temporary Shoot the valve of a predetermined one Heat emission element is achieved that the necessary Power of the circulation pump to operate the heating system according to the invention can be lowered, and quintessentially only about half the number of provided heat dissipation elements must be designed. It has namely that it has been shown to maintain a constant heat emission from a heating element is not necessary is that heating fluid flows through it permanently let, but that this is a distance of about 2 Minutes on and off of each Heat emission element is sufficient because each Heat emission element due to its own mass and mass the heating fluid in it is so large Heat content and thus such a great heat inertia has that by a brief disconnection of the Heat emission element from the pipe system no noteworthy interim cooling of the heat emission element is effected.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Rechenanlage zum Übertragen von Steuersignalen zusätzlich mit der Heizeinrichtung verbunden. Dadurch wird erreicht, daß auch die Abgabemenge von Wärme der Heizeinrichtung an die Heizflüssigkeit durch eine Steuerung der Leistungsaufnahme der Heizeinrichtung regelbar ist. Die Regulierung der Energieaufnahme der Heizeinrichtung wird dabei in gleicher Weise vorgenommen, wie sie für die Umwälzpumpe im Verhältnis zur Stellung der Steuerungsventile der Wärmeabgabeelemente vorgesehen ist. Die Regulierung der Energieaufnahme der Heizeinrichtung wird dabei so vorgenommen, daß die Leistung der Heizeinrichtung an den Ventilsstellungszustand der jeweiligen Steuerungsventile anpassbar ist und der Energieverbrauch der Heizeinrichtung in der Weise regelbar ist, daß bei einer offenen oder relativ weit geöffneten Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Heizeinrichtung auf ein einem normalen Betrieb entsprechendes Ausmaß setzbar ist und bei einer geschlossenen oder fast geschlossenen Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Heizeinrichtung auf ein gesenktes Ausmaß setzbar ist, bei dem die Heizeinrichtung etwa 50% der Leistung eines Normalbetriebes aufnimmt, und daß bei halbgeöffneter Stellung eines Steuerungsventils die Leistung der Heizeinrichtung auf einen Zustand setzbar ist, in dem eine mittlere Leistungsaufnahme vorgesehen ist, die je nach Ventilstellung mehr oder weniger als 75% der Leistung des Normalbetriebes ausmacht, wobei die Leistungsaufnahme der Heizeinrichtung in Zwischenstellungen eines Steuerungsventils linear mit der Zunahme der Durchflussmenge an Heizflüssigkeit durch das betreffende Wärmeabgabeelement erhöht bzw. erniedrigt wird. Dadurch wird eine weitere entscheidende Reduzierung der Energieaufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht.According to another preferred embodiment of the The device according to the invention is the computer system for Transmission of control signals additionally with the Heater connected. This ensures that too the amount of heat given off by the heater to the Heating fluid by controlling the power consumption the heating device is adjustable. The regulation of Energy consumption of the heating device is the same Made way as for the circulation pump in the Relationship to the position of the control valves Heat emission elements is provided. The regulation of Energy consumption of the heating device is so made that the performance of the heater to the Valve position status of the respective control valves is adjustable and the energy consumption of the heating device is adjustable in such a way that with an open or relatively wide open position of a control valve the performance of the heater on a normal Operation can be set to an appropriate extent and at a closed or almost closed position of a Control valve the performance of the heater on reduced extent is settable, at which the heating device consumes about 50% of the performance of normal operation, and that when a control valve is in the half-open position Power of the heating device can be set to a state, in which an average power consumption is provided, the depending on the valve position more or less than 75% of the Performance of normal operation, whereby the Power consumption of the heating device in intermediate positions of a control valve linear with the increase in Flow rate of heating fluid through that Heat emission element is increased or decreased. Thereby will be another crucial reduction in Energy consumption of the device according to the invention achieved.
Die Heizeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie in der Lage ist, nur etwa 70% der vorgesehenen Mehrzahl von Wärmeabgabeelementen ausreichend mit Wärme zu versorgen. Durch diese Dimensionsreduzierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die aufgrund der erfindungsgemäßen Steuerung und Regelung unter Verwendung von Information, die von den Sensoreinheiten an den Steuerungsventilen der Wärmeabgabeelemente ermöglicht ist, wird eine prinzipielle Reduzierung der Energieaufnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen bewirkt, die eine Gesamtenergieeinsparung von etwa 50% gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen bedingt.The heating device of the device according to the invention is preferably dimensioned so that it is able to only approximately 70% of the intended plurality of heat emission elements to provide sufficient heat. Through this Dimension reduction of the device according to the invention, that due to the control and regulation according to the invention using information provided by the Sensor units on the control valves of the Heat emission elements is made possible, becomes a principle Reduction of the energy consumption of the invention Device compared to conventional devices, which is a total energy saving of about 50% compared to the conventional devices.
Alternativ ist die erfindungsgemäße Heizeinrichtung so dimensioniert, daß sie in der Lage ist, nur etwa 50% der vorgegebenen Mehrzahl von Wärmeabgabeelementen ausreichend mit Wärme zu versorgen. Die Gesamtwärmeversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei immer noch ausreichend. Gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen wird dabei die Energieaufnahme um 80% gesenkt.Alternatively, the heating device according to the invention is like this dimensioned that it is capable of only about 50% of the predetermined plurality of heat emission elements sufficient to provide with heat. The total heat supply of the The device according to the invention is still there sufficient. Compared to conventional devices thereby reducing energy consumption by 80%.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform erläutert, die in der Figur der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt:The device according to the invention is described below a preferred embodiment explained in the Figure of the drawing is shown. It shows:
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 1 is a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention.
Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist eine Heizeinrichtung 11 an ein Heizflüssigkeit enthaltendes Rohrsystem 13 angeschlossen, in dem eine Umwälzpumpe 12 die Heizflüssigkeit durch eine Mehrzahl von Wärmeabgabeelementen 14, 14', 14'' und 14''', wobei die Heizflüssigkeit nach Austritt aus den jeweiligen Radiatoren durch das Rohrsystem 13 zwecks erneuter Erwärmung dem Eingang der Heizeinrichtung 11 zugeführt wird. An den Radiatoren 14, 14', 14'' und 14''' sind jeweils Steuerungsventile 15, 15', 15'' und 15''' vorgesehen, die jeweils eine Sensoreinheit 16, 16', 16'' und 16''' enthalten.In the device 10 according to the invention shown in FIG. 1, a heating device 11 is connected to a pipe system 13 containing heating liquid, in which a circulating pump 12 the heating liquid through a plurality of heat emission elements 14 , 14 ', 14 ''and 14 ''', the Heating liquid after exiting the respective radiators through the pipe system 13 for the purpose of reheating the input of the heating device 11 is supplied. Control valves 15 , 15 ', 15 ''and 15 ''' are provided on the radiators 14 , 14 ', 14 ''and 14 ''', each having a sensor unit 16 , 16 ', 16 ''and 16 ''' contain.
Die Sensoreinheiten 16, 16', 16'' und 16''' sensieren dabei die jeweilige Stellung des betreffenden Steuerungsventils 15, 15', 15'' und 15''', durch die die jeweilige Durchflussmenge an Heizflüssigkeit durch die Radiatoren 14, 14', 14'' und 14''' eingestellt ist. Die jeweiligen Einheiten aus Steuerungsventil und Sensoreinheit, 15, 16,; 15', 16'; 15'', 16''; und 15''', 16''' sind bidirektional über entsprechende Leitungen 17, 17', 17'' und 17''' mit einer Rechenanlage 18 verbunden, die zur Übertragung von Steuerungsbefehlen über eine Leitung 19 mit der Heizeinrichtung 11 und über eine Leitung 19' mit der Umwälzpumpe 12 verbunden ist.The sensor units 16 , 16 ', 16 ''and 16 ''' sense the respective position of the relevant control valve 15 , 15 ', 15 ''and 15 ''', through which the respective flow rate of heating fluid through the radiators 14 , 14 ', 14 ''and 14 ''' is set. The respective units of control valve and sensor unit, 15 , 16 ,; 15 ', 16 '; 15 '', 16 ''; and 15 ″ ″, 16 ″ ″ are connected bidirectionally via corresponding lines 17 , 17 ′, 17 ″ and 17 ″ ″ to a computer system 18 which is used to transmit control commands via a line 19 to the heating device 11 and via a Line 19 'is connected to the circulation pump 12 .
Die Rechenanlage 18 steuert beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund von Signalen Daten, die sie von den Sensoren 16, 16', 16'' und 16''' erhalten hat, die Leistung bzw. die Energieaufnahme sowohl der Umwälzpumpe 12 als auch der Heizeinrichtung 11. Die Radiatoren 14, 14', 14'' und 14''' werden nach Maßgabe eines in der Rechenanlage 18 gespeicherten Programms durch entsprechendes Schließen ihrer jeweiligen Steuerungsventile 15, 15', 15'' und 15''' alternierend im 2-Minuten-Takt an- und abgestellt, wodurch die Permanentleistung der Heizeinrichtung 11 und der Umwälzpumpe 12 gegenüber einer herkömmlichen Heizanlage reduziert ist.During operation of the device according to the invention, the computing system 18 controls the power or the energy consumption of both the circulation pump 12 and the heating device 11 on the basis of signals, data received from the sensors 16 , 16 ′, 16 ″ and 16 ″ ″ . The radiators 14 , 14 ', 14 ''and 14 ''' are alternately switched in 2-minute intervals in accordance with a program stored in the computer 18 by appropriately closing their respective control valves 15 , 15 ', 15 ''and 15 '''. Clock switched on and off, whereby the permanent output of the heating device 11 and the circulation pump 12 is reduced compared to a conventional heating system.
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| DE19737250A1 (en) | 1999-03-11 |
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