DE19904937A1

DE19904937A1 - Verfahren und Anordnung zur Regelung der Warmwassertemperatur in Heizungsanlagen

Info

Publication number: DE19904937A1
Application number: DE19904937A
Authority: DE
Inventors: Joachim Zschernig; Kai-Uwe Braeunig; Norbert Wuensche
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2000-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Wassertemperatur in Heizungsanlagen insbesondere bei Warmwasserbereitung im Durchflußprinzip, mit einem Wärmeübertrager (2) und einer zentralen Regeleinrichtung (4), wobei die Warmwassertemperatur am Austritt des Wärmeübertragers (2) erfaßt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß DOLLAR A a) im Primärkreislauf die Ein- (5) und die Austrittstemperatur (6) gemessen werden, DOLLAR A b) im Sekundärkreislauf die Wassertemperatur am Ein- (8) und Austritt (7) des Wärmeübertragers (2) sowie der Warmwasservolumenstrom gemessen werden, DOLLAR A c) die Meßwerte einem Regler (4) zugeführt werden und daraus der benötigte primärseitige Volumenstrom berechnet wird, DOLLAR A d) aus den primärseitigen Meßwerten der primärseitige Differenzdruck über dem Stellventil (1) ermittelt wird, DOLLAR A e) unter Einbeziehung der Ventilkennlinie und des primärseitigen Differenzdruckes der notwendige Hub des Stellventils bestimmt und als Stellsignal an das Stellventil (1) ausgegeben wird. DOLLAR A Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist beschrieben. Mit der Erfindung läßt sich eine sehr gute Konstantheit der Warmwassertemperatur erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung der Warmwassertempe ratur in Heizungsanlagen insbesondere bei Warmwasserbereitung im Durchflußprinzip.

Die gegenwärtig in Betrieb befindlichen Heizungsanlagen mit Durchflußsystem für die Trinkwas sererwärmung regeln nach Recknagel, Sprenger, Schramek: Taschenbuch für Heizung und Kli matechnik, 67. Auflage 1995, R. Oldenbourg Verlag München Wien die Warmwassertemperatur nur über die Erfassung der Warmwassertemperatur am Austritt des Wärmeübertragers für die Trinkwassererwärmung. Die gemessene Temperatur wird im elektronischen Regler mit einer fest gelegten Solltemperatur verglichen. In Abhängigkeit von der Sollwertabweichung erfolgt die Be rechnung des notwendigen Stellhubes für das auf der Primärseite befindliche Stellventil, welches den Primärvolumenstrom für die Warmwasserbereitung regelt. Die Regelalgorithmen weisen da bei bestenfalls PID-Verhalten auf. Da die Regelstrecke von vielen Störgrößen, wie die kurzzeitige Volumenstromänderung des Trinkwassers, die Temperaturänderung des primärseitigen Vorlaufes, die Totzeiten des Temperaturfühlers und des Wärmeübertragers und der Verschmutzung des Wärmeübertrages geprägt ist, ist es nicht möglich, Werte für das I- und D-Verhalten zu finden, die den Anforderungen an eine konstante Warmwassertemperatur genügen. Verschärft wird die ses Problem noch dadurch, daß durch die aus Kostengründen beabsichtigte Einsparung des bisher notwendigen Differenzdruckreglers im Primärkreis Änderungen des Differenzdruckes im Fern wärmenetz direkt auf das Regelverhalten einwirken. Dadurch kommt es zu großen Sollwertab weichungen bei Warmwasserbedarfsänderungen und zu Schwingungen der Warmwassertempera tur. Diese Schwankungen beim Abnehmer beeinträchtigen die bedarfsgerechte Versorgung mit erwärmten Trinkwasser.

Weiterhin sind die hier notwendigen elektronischen Regler und schnellen Stellventile mit Stellzei ten von ≦ 5 sec für eine Huböffnung von 0 . . . 100% sehr kostenintensiv, so daß die Kosteneinspa rungen durch Wegfall von Anlagenteilen in den Fernwärme-Übergabestationen gegenüber dem Einsatz von Speichersystemen wieder aufgehoben wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch die einfache Verknüpfung der Meßwerte im elektronischen Regler eine konstante Warmwassertemperatur mit einer minimalen Sollwertabwei chung bei Einsatz des Durchflußprinzips in Heizungsanlagen zu erreichen und somit eine bedarfs gerechte Versorgung der Kunden mit Warmwasser zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die Erfindung wird weiterhin durch eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit den im Anspruch 4 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten und Aus gestaltungen ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß werden zusätzlich zur Meßstelle der Warmwassertemperatur am sekundärseiti gen Austritt des Wärmeübertragers eine Temperaturmeßstelle am sekundärseitigen Eintritt und am primärseitigen Austritt des Wärmeübertragers sowie eine Meßeinrichtung zur Ermittlung des Warmwasser-Volumenstromes installiert. Die Temperaturen und der Volumenstrom werden im Regler wertmäßig erfaßt und es erfolgt unter Einbeziehung der generell aufgeschalteten Primär- Vorlauftemperatur sowie der in den Regler eingegebenen Kennwerte für die Druckverluste des Wärmeübertrager und des Stellventils eine rechnerische Verknüpfung der Werte zur Ermittlung des notwendigen Hubes für das auf der Primärseite installierte Stellventil.

Aus dem erfaßten Warmwasser-Volumenstrom, den sekundärseitigen Temperaturen und der fest gelegten Solltemperatur wird die benötigte Wärmeleistung zur Erwärmung des Trinkwassers be rechnet. Mit Hilfe der primärseitigen Temperatur erfolgt die Berechnung des notwendigen Pri märvolumenstromes. Unter Einbeziehung der Ventilkennlinie und des Primärdifferenzdruckes am Eintritt der Station kann dann der notwendige Hub für das Stellventil ermittelt werden.

Eine vorteilhafte Variante der Ermittlung des Warmwasser-Volumenstromes ist die Messung des sekundärseitigen Differenzdruckes an einem Strömungswiderstand, z. B. Wärmeübentrager, Meß blende oder Düse. Die Änderung des Differenzdruckes ist proportional der Änderung des Volu menstromes. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verwendung des von einer elektronisch ge regelten Pumpe ausgewiesenen Volumenstrom.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß sofort auf Veränderungen mehrerer Störgrößen schnell reagiert werden kann und somit eine sehr gute Konstantheit der Warmwassertemperatur erreicht wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung ist das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Warmwasserbereitungsanlage im Durchflußprinzip für Heizungsanlagen anhand der einzigen Fig. 1 dargestellt.

In dieser Anlage sind das Stellventil 1 für die Trinkwassererwärmung, die Temperaturfühler 5, 6, 7 und 8 und den Differenzdruckgeber 9 direkt mit der zentralen Reglereinrichtung 4 durch elektri sche Leitungen 10 verbunden. Der Sekundärkreislauf ist durch einen Plattenwärmeübertrager 2 mit dem Primärkreislauf verbunden. Außerdem ist eine Zirkulationspumpe 3 im Sekundärkreislauf dargestellt.

Das Verfahren zur Steuerung der Anordnung läuft wie folgt ab:
Die Warmwasser-Solltemperatur ist mit beispielsweise 55°C in den Regler (4) eingegeben. Wei tere bekannte und einprogrammierte Werte sind der zum maximalen Differenzdruck über den Wärmeübertrager gehörige Volumenstrom und die Ventilkennlinie des Stellventiles für die Trink wassererwärmung. Über die Temperaturfühler 5-8 und den Differenzdruckgeber 9 werden in Zeitabständen ≦ 1 sec. ständig die Ist-Werte erfaßt. Mit den eingegebenen Werten erfolgt eine Verknüpfung der Meßwerte in folgender Reihenfolge:

- Ermittlung des Warmwasser-Volumenstromes in Abhängigkeit vom erfaßten Differenzdruck,
- Berechnung der benötigten Wärmeleistung aus der Temperaturdifferenz der Temperaturfühler 7 und 8, dem Sollwert und dem ermittelten Volumenstrom
- Berechnung des notwendigen primärseitigen Volumenstromes in Abhängigkeit der errechneten Wärmeleistung und der Temperaturdifferenz der Fühler 5 und 6,
- Berechnung des Primärdifferenzdruckes mit den zur Verfügung stehenden Werten
- Unter Einbeziehung der Ventilkennlinie und des errechneten primärseitigen Differenzdruckes wird der notwendige Hub für das Stellventil ermittelt und als Stellsignal an das Stellventil (1) ausgegeben.

Abweichungen von der Solltemperatur und Änderungen der Meßwerte bewirken über Signale des Reglers 4 sofort eine Hubänderung an Ventil 1, bis die Solltemperatur wieder erreicht ist. Das erfolgt durch Änderung des primären Mengenstromes über dem Wärmeübertrager für die Trink wassererwärmung 2 entsprechend der registrierten Über- und Unterschreitung der Solltemperatur und Änderung der Meßwerte.

Bezugszeichenlisten

pr. VL Primär-Vorlauf
pr. RL Primär-Rücklauf
TW Trinkwasser
WW Warmwasser

1

Stellventil

2

Wärmeübertrager

3

Zirkulationspumpe

4

Regeleinrichtung

5

Temperaturfühler

6

Temperaturfühler

7

Temperaturfühler

8

Temperaturfühler

9

Einrichtung zur Volumenstrommessung

10

elektrische Leitungen

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Warmwassertemperatur in Heizungsanlagen, mit einem Wärme übertrager (2) und einer zentralen Regeleinrichtung (4), wobei die Warmwassertemperatur am Austritt des Wärmeübertragers (2) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) im Primärkreislauf die Ein- (5) und die Austrittstemperatur (6) gemessen werden,
b) im Sekundärkreislauf die Wassertemperatur am Ein- (8) und Austritt (7) des Wärme übertragers (2) sowie der Warmwasservolumenstrom gemessen werden,
c) die Meßwerte einem Regler (4) zugeführt werden und daraus der benötigte primärseiti ge Volumenstrom berechnet wird,
d) aus den primärseitigen Meßwerten der primärseitige Differenzdruck über dem Stellven til (1) ermittelt wird,
e) unter Einbeziehung der Ventilkennlinie und des primärseitigen Differenzdruckes der notwendige Hub des Stellventiles bestimmt und als Stellsignal an das Stellventil (1) ausgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Warmwasser volumenstromes durch Messen eines Differenzdruckes erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung des Warmwasser volumenstromes mit den Kennwerten der Zirkulationspumpe (3) erfolgt.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 3, bestehend aus einem Wärmeübertrager (2) zwischen Primär- und Sekundärkreislauf, einer zentralen Regeleinrich tung (4) und einem Temperaturfühler (5) zur Messung der Vorlauftemperatur im Primärkreis lauf und einem Temperaturfühler (7) zur Messung der Warmwassertemperatur im Sekundär kreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Temperaturfühlern (5) und (7) ein Temperaturfühler (6) am Austritt des Wärmeübertragers (2) im Primärkreislauf und ein Tem peraturfühler (8) am Eintritt des Wärmeübertragers (2) im Sekundärkreislauf vorgesehen ist und alle Meßstellen und das Stellventil (1) durch elektrische Leitungen (10) mit der Regelein richtung (4) verbunden sind, wobei mit den gewonnenen Meßwerten der Temperaturfühler (5), (6), (7) und (8) der benötigte primärseitige Volumenstrom berechnet wird und unter Einbezie hung der Ventilkennlinie und des primärseitigen Differenzdrucks der notwendige Hub des Steilventils bestimmt und an das Stellventil (1) ausgegeben wird.