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Verfahren zum Steuern bzw. Pegeln einer Heizungsanlage und Heizungsanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage der in den Oberbegriffen der
Ansprüche 1 und 10 beschriebenen Art.
Bei Verfahren dieser Art ging
man bisher so vor, dass rar das der durch ein Mischventil oder ein Mengensteuerdurchflussventil
gebildeten Steuerstelle zuströmende Kesselverlaufmedium ständig auf konstanter hoher
Maximaltemperatur von beispielsweise 90°C oder 1100C hielt. Dies hat jedoch erhekliche
Wärmeverluste zur Folge, weil die sttndi sehr hohe Temperatur des Kesselvorlaufmediums
entsprechend hohe Wärmeverluste infolge der unvermeidlichen Wärmeverluststellen
am Kessel und der Kesselvorlaufleitung und ggfs. auch an anderen Stellen verursachte.
Es ist zwar bekannt, dem Kessel zwei Thermostaten zuzuordnen, von denen der eie
cL hohe konstante Kesselvorlauftemperatur regelt und der ardere dann an seiner Stelle
wirksam wird, wenn die anale schlossene
rärmeve rbraucherstel Sdnlt%J |
keine Warme anforderr, woraufhin der zweite Thermostat die Kesselvorlauftemperatur
auf eine wenig oberhalb des Taupunktes der Heizgase liegende konstante Temperatur
regelt. Es ist jedoch äusserst selten der Fall, dass in einer solchen Anlage keine
Wärmeabgahe gefordert wird, so dass praktisch ständig die Kesselvorlauf temperatur
auf den maximalen konstanten Wert geregelt wird.
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Es ist ferner bekannt, die Raumtemperatur zu regeln oder zu steuern,
indem nicht ein von Wärmeträgermedium durchströmtes Steuerventil, sondern die Beheizung
des Kessels angesteuert wird, so dass die Beheizung des Kessels das Stellglied der
betreffenden Raumtemperaturregel- oder Steuervorrichtung ist. Dies hat jedoch unter
anderem den Nachteil, dass, c die Temperatur zu variieren ist, über erhebliche Zeiträume
insbesondere
in der Ubergangszeit, sehr niedrige IXesselterperaturen vorliegen, durch die der
betreffende Kessel infolge starker Korrosion rasch zerstört werden kann, insbesondere
wenn der Kessel ölbefeuert ist. Auch ist die Regelung Fzw.
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Steuerung der Raumtemperatur über die Beheizung des Fesselt erheblich
ungenauer als über eine dem Kessel nachgeordnete Steuerstelle und auch erheblich
trager.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Warmeverluste der Wärmequelle
und des Kesselvorlaufes auf einfache, betriebssichere Weise bei einem Verfahren
gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 erheblich zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruches 1 vorgesehen. Zur Durchführung dieses Verfahrens kann eine
Anlage mit den Merkmale des Anspruches 10 vorgesehen werden.
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Damit wird die Temperatur des Kesselvorlaufmediums in Pbhängigkeit
der Führungsgrösse stetig geändert, so dass die Kesselvorlauftemperatufl, insbesondere
auch bei Wärmeabgabe an den Wärmeverbrauchstellen, im zeitlichen Mittel ganz erheblich
unter der maximalen Kesselvorlauftemperatur liegen können.Es werden also die Wärmeverluste
zumindest des Kessels und des Kesselvorlaufes erheblich reduziert, wodurch die
Heizungsanlage
wirtschaftlicher betrieben werden kann. Zuc.
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kann sich der Wirkungsgrad des Kessels im zeitlichen Mittel verbessern,
da die im Kessel durch Verbrennen gebildeten Heizgase infolge vergrösserter Temperasurdifferenz
zum im Kessel befindlichen Wärmeträgermedium rehr Wärme abgeben können.
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Bis auf die neuartige Maßnahme können die übrigen Verfahrens-bzw.
Anlagenmerkmale, wie Raumtemperaturregelung oder -steuerung usw. von üblicher Art
sein. Auch eignet sich dieses Verfahren dazu, vorhandene Anlagen nachträglich auf
seine Durchführung umzuriIsten.
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Bei dem Wärmeträgermedium kann es sich um übliche Wärmeträgermedien
handeln, wie Wasser, Dampf oder dergleichen.
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Bei dem Kessel oder dergleichen kann es sich zweckmäßig ur gas- oder
ölbefeuerte Kessel handeln, ggfs. auch um elektrisch beheizte Kessel oder um ein
von einem Fernheizwerk aus mit Wärme~beschicktes, einen Wärmetauscher bildendes
Gerät, usw..
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Ein Vorteil ist auch, dass die Menge des in den Heizungsvorlauf einströmenden
Kesselvorlaufmediums im zeitlichen Mittel grösser, meist sogar erheblich grösser
ist als bei konstanter hoher Kesselvorlauftemperatur, wodurch sich die Steuerung
an der Steuerstelle zumindest in bestimmten Bereichen
der Kesselvorlauftemperatur
bzw. Heizungsvorlauftemperatur oder Menge genauer und ggfs. auch einfacher vornehmen
lässt.
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Wenn der Kessel mehrere Heizungskreise speist, wobei jeder solchen
Heizungskreis eine Steuerstelle zugeordnet ist, ist es zweckmäßig, die Kesselvorlauftemperatur
nur durch elne einem einzigen fleizungskreis bzw. dessen Steuerstelle zugeordnete
Führungsgrösse zu führen. In solchen Fällen kann bevorzugt vorgesehen sein, dass
man eine dem im drittel arr stärksten belasteten Heizungskreis bzw. dessen Steuerteile
zugeordnete Führungsgrösse verwendet. Die Erfindung ist natürlich in gleicher Weise
fir Heizungsanlagen geeignet, bei denen nur ein einziger Heizungskreis vorhanden
ist.
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Ei Heizungskreis hat im allgemeinen mehrere, vorzugsweise zahlreiche
Wärmetauscher.
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Die Führungsgrösse kann unterschiedlich sein. Wenn die Steuern stelle
eine Mischstelle ist, an welcher dem Kesselvorlaufmedium kühleres Heizungsrücklaufmedium
beigemischt wird, dann ist es ganz besonders vorteilhaft, als Führungsgrösse den
Sollwert der Heizungsvorlauftemperatur oder in vielen Fällen mit Vorteil auch den
Istwert der Heizungsvorlauftemperatur zu verwenden, unter anderem deshalb, um auf
einfache Weise sicherzustellen, dass gewiinschte Temperaturdifferenzen zwischen
Kesselvorlauf- und Heizungsvorlauf eingehalten werden.
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Falls das verstellbare Steuerglied der Mischteile so ausuebildet ist,
dass seine Stellung ein ausreichend genaues Maß für die Heizungsvorlauftemperatur
unter Berücksichtigung der sich wandernden Kesselvorlauftemperatur ist, was beispielsweise
bei Mischventilen mit linearer Kennlinie und Zwangsumwälzung des Wärmeträgermediums
im Heizungskreislauf vorliegen kann, ist es auch denkbar, den Sollwert oder Tstwert
der Stellung des Steuerqliedes der Mischstelle als Führungsgröße zu verwenden.
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Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die Steuerstelle
eine Mischstelle ist. Sie ist auch anwendbar, wenn die Steuerstelle ausschließlich
der Mengenverstellung für gen gesamten Heizungskreis des Wärmeträgermediums / dient,
d. h. insbesondere als Mengensteuerdurchflussventil mit einem einzigen Eingang und
einem.
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einzigen Ausgang ausgebildet ist, das dem Heizungsvorlauf vorgeschaltet
/oder innerhalb des Heizungskreises in seiner zu aller Wärmetauschern führenden
Vorlaufleitung oder in seiner von allen Wärmetauschern kommenden Heizungsrücklaufleitung
angeordnet sein kann. Gegebenenfalls kann das Mengensteuerdurchflussventil auch
ein Verteilventil sein, dessen einer Ausgang den Heizungsvorlauf speist und dessen
anderer Ausgang in einen Bypass zum Kesselrücklauf führt usw.
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In allen solchen Fällen kann die Führungsgröße zweckmäßig der Istwert
oder der Sollwert der Stellung des Steuergliedes dieser Mengensteuerstelle sein.
Gegebenenfalls kann auch eine die zeitliche Strömungsmenge im Ileizungskreis messende
Messvorrichtung vorgesehen sein, welche die Führungsgröße liefert.
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kiese Messvorrichtung kann beispielsweise eine in eine Leitung
eingesetzte
Blende und ein zugeordneter Differenzdruckiresser zum Messen der durch die Blende
verursachenden Druckdifrerenz sein. Es korrmen natürlich auch andere Messverfahren
und Messvorrichtungen in Frage.
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Es ist auch denkbar, dass man in nanchen Fällen cie Terperaturdifferenz
zwischen Heizungsvorlauf- und Heizungsrücklauf als Führungsgrösse vorteilhaft verwenden
kann.
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Es ist auch denkbar, dass die Führungsgrösse vom Wärmebedarf eines
durch die Anlage zu beheizenden Raumes abgeleitet wird. Dieser Wärmebedarf ist abhängig
von der Ausser.temperatur, so dass man in manchen Fällen auch die Aussentemperatur
als Führungsgrösse verwenden kann.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung aarcestellt.
Es zeigen: Fig. 1 - 4 je ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Heizungsanlage, wobei der elektrische bzw.
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elektronische Teil der Anlage in Blockbilddarstellung dargestellt
ist, Fig. 5 ein Diagramm, welches beispielhafte Kennlinien zeigt, gemäß welchen
die
Kesselvorlauftemperatur TKV in Abhängigkeit der Heizungsvorlauftemperatur
THV geführt werden kann, Fig. 6 ein Diagramm mit einigen beispielhaften Kennlinien,
ge welchen die Kesselvorlauftemperatur in Abhängigkeit der in den Heizungsvorlauf
einströrenden prozentualen zeitlichen Strömungsmenge S des Wärmertägermediums cndert
wird, Fig. 7 ein Diagramm, welches eine bevorzugte Möglichkeit erläutert, um die
Kesse'-rücklauftemperatur so zu beeinflussen, dass sie nicht unter einen vorbestimmten
Wert abfällt.
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In den Zeichnungen sind sich entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die schematisch dargestellten Heizungsanlagen können insbesondere
zur Beheizung von Räumen von Gebäuden aller Art vorgesehen sein, wie Wohngebäuden,
Bürogebäuden, Krankenhäuser.
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Schulen, Fabrikgebäuden usw., also vorzugsweise zur Beheizung von
Räumen, die dem Aufenthalt von Personen dienen. Doch können sie auch zur Beheizung
anderer Räumlichkeiten verwendet werden, beispielsweise von Gewächshäusern oder
dergleicher..
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Es sei ferner zunächst erwähnt, dass die Regelungen und Steuerungen
der Heizungsanlage elektrisch, elektronisch oder auch auf andere Weise, beispielsweise
pneumatisch oder hydraulisch vorgenommen werden können.
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Bevorzugt sind jedoch elektronische Regelungen und Steuerungen vorgesehen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anlage weist einen Kessel 1C auf, dessen
Wärmeträgermediumkanal bzw. -kanalsystem bei 11 symbolisiert ist. Der Kessel 10
hat einen Trenner 12.
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Dem Kessel 10 sind ferner zwei Temperaturbegrenzer 13, 1 mit zugeordneten
Temperaturfühlern 13', 14' zugeordnet.
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von denen der Eegrenzer 13 ein cicherheitstemperaturEecre -zer und
der Begrenzer 14 ein Maximal-Temperaturbegrenzer ist. Da derartige Begrenzer bekannt
und üblich sind, seien sie nicht näher erläutert.
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Als Steuerstelle zur Faumtemperaturrezelung oder Steuerung von durch
diese Heizungsanlage beheizten Gebäuderaurer ist ein Vierweg-Mischventil 15 vorgesehen,
desser einer Stutzen an die vom Kessel 10 kommende Kesselvorlaufleitur.c 16 angeschlossen
ist, in welche eine Umwälzpumpe 17 in dieser bevorzugten Ausführungsbeispiel eingesetzt
ist, was sich auf die Anhebung der Kesselrücklauftemperatur vorteilhaft auswirkt.
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Das Mischventil 15 ist ferner an die Heizungsvorlaufleitun 1S, die
Heizungsrücklaufleitung 19 und die Kesselrücklaufleitung 20 in bekannter Weise angeschlossen.
In die Heizungsvorlaufleitung 18 sind eine Umwälzpumpe 17' und ein Verperaturffihler
21 eingesetzt. Ferner ist ein Wärmetauscher 2' im Heizungskreis dargestellt, wobei
es sich versteht, dass der Heizungskreis eine Vielzahl solcher parallel und/ oder
in Reihe geschalteter W-irmetauscHer aufweise ann.
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In diesem Ausführungsbeispiel sei ferner angenomren, dass der Kessel
ölbefeuert ist und die Ölförderpumpe 26 mittels den in ihren Antriebsstromkreis
in Reihe zwischengeschalteten Schaltern 23, 24, 25 ein- und ausgeschaltet werden
kann. Die Schalter 23 und 24 werden von den Temperaturbegrenzern 13 und 14 betätigt
und sind hier in ihrer Offenstellung dargestellt, obwohl die Normalstellung ihre
Ceschlossenstellung ist. Der Schalter 25, der zum Ein- und Ausschalten der Ölzufuhr
zum Brenner 12 und damit zu cessen rin- und Ausschalten dient, wird von einem Regler
27 geöffnet und geschlossen, der der geführten Temperaturregelung des Kesselvorlaufmediums
dient, welches beispielsweise Wasser sein kann. In die Kesselvorlaufleitung 16 ist
ein Temperaturfühler 29 eingesetzt, der an einen Eingang des Reglers 27 angeschlossen
ist und den Istwert der Kesse'-vorlauftemperatur in den Regler 27 eingibt.
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Das Mischventil 15 ist mittels eines durch einen Regler angesteuerten
Stellmotors 30 so verstellbar, dass in der einen Crenzstellung seines Kükens der
Heizungsvorlauf abgesperrt und in der anderen CrenzsteJlung der Heizur.csvorlauf
maximal geöffnet ist. Azole Zwischenstellungen sinc stetig einstellbar, so dass
das Mischventil 15 der Steuerung, der Ireizungsvorlauftemperatur in an sich bekannter
Weise dient, indem es dem zum Feizunasvorlauf strömenden Kesselvorlaufwasser kühleres
ITeizungsrficklaufwasser gesteuert beimischt.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann die Raumtemperatur je nach Anordnung
eines Temperaturfühlers 32 als Ausse.-temperaturfühler oder Raumtemperaturfühler
gesteuert oder geregelt werden. Dieser Fühler 32 ist an ein proportionales Übertragungsglied
33 angeschlossen, welches der Verstärkung und Anpassung des Signals des Fühlers
32 dient.
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Der Ausgang dieses Übertragungsgliedes 33 ist an den Regler 31 mittels
der Leitung 34 angeschlossen. Das auf der Leitung 34 auftretende Signal entspricht
bei Raumtemperaturregelung und -steuerung einem veränderlichen Sollwert für db Heizuncsvorlauftemperatur.
Im Falle der Regelung der Paumtemperatur wird die Heizungsvorlauftemperatur in Abhangigkeit
der Raumtemperatur insofern verstellt, als dieser Regler 31 ein Proportionalband
hat, welches dazu dient, um die Raumtemperatur je nach Wärmebedarf des betreffenden
Raumes in gewissen Grenzen, beispielsweise zwischen 200C und 22°C
zu
variieren, wie es an sich bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert werden muss.
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Der Ausgang des Übertragungsgliedes 33 ist ferner mittels Leitung
35 an eine additive Mischstelle oder Mischpunkt 36 angeschlossen, welcher auch der
Ausgang eines Sollwert stellers 37 zugeleitet wird, an dem die Grösse einer gewünschten
konstanter Temperaturdifferenz #T = TKV-THV zwischen Kesselvorlauftemperatur und
Heizungsvorlaufteirperatur eingestellt werden kann. Der Ausgang der Mischstelle
36 ist einem elektronischen Sollwert-Glied 39 aufgeschaltet, das sowohl einen Minimal-Begrenzer
für die Kesselvorlauftemperatur bildet als auch den gleitenden Bereich des Sollwertes
der Kesselvorlauftemperatur ausgangsseitig liefert. Der konstante Sollwert der Minimalteinperatur
ist mittels des Sollwertstellers 40 auf unterschiedlich gewünschte Werte einstellbar.
Der Ausgang des Sollwert-Gliedes 39 ist de Regler 27 für die Kesselvorlauftemperatur
aufgeschaltet und gibt in diesen Regler 27 den variablen Sollwert gemäP einer mittels
der Sollwertsteller 37, 40 eingestellten itennlinie ein, die beispielsweise die
Kennlinie 41 der Fig. 5 sein kann. Nachfolgend wird die Arbeitsweise der dargestellten
Anlage wie folgt beschrieben.
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Es sei angenommen, dass der Sollwertsteller 40 für die Minimalbegrenzung
der Kesselvorlauftemperatur beispielsauf
einen Wert von 50°C eingestellt,
ist es in Fig. 5 durch den unteren horizontalen Kennlinienast 41' der vol: ausgezogen
dargestellten Kennlinie 41 dargestellt ist.
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Dieser Wert kann jedoch mittels des Sollwertstellers 40 verändert
werden, beispielsweise zwischen 300C und 7000.
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Der Minimalwert dieser Kesselvorlauftemperatur ist so einzustellen,
dass die Kesselrücklauftemperatur unter normaler Omständen nicht auf Werte absinken
kann, die übermäßige Kesselkorossion verursachen, was bei ölhefeuerten Kesseln besonders
wichtig ist. Bei gasbefeuerten Kesseln können häufig niedrigere Minimalwerte für
die Kesselriicklauftemperatur als bei ölbefeuerten Heizkesseln eingestellt werden.
FallS in dem Kessel 10 abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel keine
Heizgase auftreten, er beispielsweise ein von einer Fernheizanlage mit Wasser oder
Dampf gespeister Wärmetauscher ist, kann auf eine Minimalbegrenzung der Kesselvorlauftemperatur
auch ganz verzich.-tet werden.
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Der Minimalbegrenzer 39 bewirkt, dass die Kesselvorlauftemperatur
TKV nicht unter den eingestellten Minimalwert (TKV)min absinken kann, so dass die
Kesselvorlaufterrperatur nur dann verstellbar wird, wenn die Heizungsvorlauftemperatur
THV grösser als (TKV)min-#T ist, wobei dann die am ollwertsteller 37 eingestellte
Temperaturdifferenz #T mittels des Reglers 27 ständig aufrechterhalten wird, so
dass
die Kesselvorlauftemperatur in dem Diagramm nach Fic.
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in dem ansteigenden Kennlinienast 41'' stetig in Abhänsickeit des
Sollwertes von THV, der als Führungsgrösse dient, geführt wird. In dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 5 zeigt die Kennlinie 41, dass eine konstante Temperaturdifferenz #T zwischen
Kesselvorlauftemperatur und Heizungsvorlauftemperatur von 100C eingestellt ist.
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Es versteht sich, dass die Kesselvorlauftemperatur nicht kleiner als
die Heizungsvorlauftemperatur sein kann, so dass bei Einstellung einer Temperaturdifferenz
aT die Heizungsvorlauftemperatur stets die niedrigere Temperatur hat.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist folglich die Kesselvorlauftemperatur
bei Heizungsvorlauftemperaturen bis zu 400 mittels des Minimalbegrenzers/konstant
gehalten und beginnt proportional zur Heizungsvorlauftemperatur mit einer Temperaturdifferenz
von 10°C zu ihr zu steigen, wenn die Heizungsvorlauftemperatur über 400C ansteigt.
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Falls die Kesselvorlauftemperatur den mittels des Maximal-Begrenzers
14 eingestellten Maximalwert erreicht, steict sie natürlich nicht mehr weiter an,
so dass sich dann t weiter ansteigender Temperatur THV die Differenz # T im Kennlinienast
41"' stetig verkleinert und an dessen rechtsseitigem Ende zu Null wird, wobei in
diesem Ausführungsbeisniel der horizontale obere Kennlinienast 41"' TKV = 110°C
entspricht und bei THV = 100° C beginnt.
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In Fig. 5 sind ferner noch zwei weitere Kennlinienäste 42, 43 strichpunktiert
eingezeichnet, die ebenfalls zur Horizontalen geneigt sind, die jedoch nicht den
Fall der Regelung einer konstanten Temperaturdifferenz zwischen Kesselvorlauftemperatur
und Heizungsvorlauftemperatur betreffen, sondern den in vielen Fällen ebenfalls
zweckmäßigen Fall betreffen, dass die Temperaturdifferenz zwischen Kesselvorlauftemperatur
und HeizungsvorlauEtenperatur in dem ansteigenden Kennlinienbereich sich in Abhängigkeit
der Heizungsvorlauftemperatur verändert, und zar verkleinert sich diese Temperaturdifferenz
für den unteren Kennlinienast 43 mit zunehmender Heizungsvorlauftemperatur, wogegen
sich diese Temperaturdifferenz für den oberen Kennlinienast 42 mit zunehmender Heizungsvorlauftemperatur
vergrössert, wobei auch diese Veränderung der Kesselvorlaudtemperatur stets nur
bis zu dem am Maximalbegrenzer 14 eingestellten Maximalwert erfolgt, der im Beispiel
des Diagramms nach Fig. 5 11OOC beträgt. Die Kennlinien 41, 42, 43 werden in Aufwärts-
und Abwärts-Richtung jeweils gleich durchlaufen.
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Der Regler 27 öffnet und schliesst den Schalter 25 und schaltet damit
den Brenner 12 aus und ein, wobei in bekannter Weise das Ein- und Ausschalten in
Art einer Zweipunktregelung erfolgen kann, wobei jedoch der Sollwert der geregelten
Temperatur entlang der eingestellten Kennlinie,
beispielsweise
entlang der Kennlinie 41 der Fig. 5 selbsttätig verstellt wird.
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Falls der Kessel 10 gasbeheizt ist, kann der Regler 27 auch so ausgebildet
sein, dass er die zum Brenner strörende zeitliche Gasmenge zur Anpassung an die
jeweils benötigte Heizleistung verstellt. Beispielsweise kann in einem solchen Fall
der Regler 27 zweckmäßig ein Proportionalregler sen der das Ventil-Glied eines tlagnetventiles
in bei Proportionalreglern üblicher Weise je nach Regelabweichung verstellt. Ebenfalls
eine Proportionalregelung kann vcrcesehen sein, falls der Kessel ein von einem Fernheizwerk
mit primärem Wärmeträgermedium beschickter Wärmetauscher ist, wobei in diesem Fall
die Durchflussmenge dieses 27 Primärträgermediums mittels eines vom Resler/anaesteuerter
Ventiles stetig verstellt werden kann.
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Anstatt dem Mischpunkt 36 den Sollwert von T HV aufzuschalten, kann
man ihm ggfs. auch den Istwert von THV aufschalten, wie durch die strichpunktierte
Leitung 35' dargestellt ist.
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Der Regler 31 für die Raumtemperatur bzw. Heizungsvorlauftemperatur
regelt die Raumtemperatur bzw. die Heizungsverlauftemperatur vollständig unabhängig
von dem Regler 27 für die Kesselvorlauftemperatur, wobei natürlich die Kesselvorlauftemperatur
Einfluss auf die jeweilige Einstellung des Mischventiles 15 hat, da sie das jeweils
erforderliche
Mischungsverhältnis mit Heizungsrücklaufwasser mit
beeinflusst. Jedoch wirkt sich dies auf die Eigenschaften des Reglers 31 nicht aus.
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Bei der erfindungsgemäR ausgebildeten Anlage sind die Wärmeverluste
zumindest des Kessels und der Kesselvorlau+-leitung erheblich vermindert und es
kann unter anderer auc ein besserer Wirkungsgrad des Kessels 10 infolge der i Mittel
grösserem Temperaturdifferenz zwischen Heizgas und Wärmeträgermediums im Kessel
erreicht werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht de Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 mit folgenden Unterschieden.
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Anstelle des Vierweg-Mischventiles 15 ist ein Dreiweg-Yisc:aventil
15' in an sich bekannter Weise angeschlossen, d.h., dass seine beiden Zuflußstutzen
an den Kesselvorlauf 16 und den Heizungsrücklauf 19 und sein einziger AbfluB-stutzen
an den Heizungsvorlauf 18 angeschlossen ist.
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Ferner ist keine Pumpe im Kesselvorlauf 16 enthalten,und der Temperaturfühler
29 für die Temperatur des Kesselvorlaufwassers ist in den Kessel 10 eingesetzt,
so dass er die Temperatur des Kesselvorlaufwassers noch innerhalb des Kessels 10
fhlt.
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Die Regelungen durch die Regler 27, 31 entsprechen im übrigen den
Regelungen durch die Regler 27, 31 in Fig. 1 und auch die gesamte Betriebsweise
entspricht der in Fig. 1, wobei
der einzige Unterschied darin besteht,
dass die Temperatur des zum Kessel strömenden Piicklaufwassers nicht angehoben wird
und damit der Temperatur des Heizungsrücklaufwassers in der Leitung entspricht.
Hierdurch kann die Temperatur des Kesselrücklaufwassers den Taupunkt der Heizgase
im Kessel zeitweise unterschreiten, so dass diese Anlage in Verbindung mit nicht
korrosionsanfälligen Kesseln vorzusehen ist oder man sieht eine Rücklaufanhebung
durch einen Bypass im Kessel 10 oder zwischen der Kesselvorlaufleitung 16 und der
Kesselrücklaufleitung 20 in an sich bekannter Weise zur Temperaturanhebung des Kesselrücklaufwassers
vor.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zwischen Kesselvorlauf
16 und Heizungsvorlauf 18 ein Durchflussmengensteuerventil 15'' zwischengeschaltet,
dessen verstellbares Drossel-30 glied mittels eines Stellmotors/zwischen abgesperrt
und maximal offen stetig verstellbar ist, so dass durch dieses die Steuerstelle
bildende Ventil 15'' nicht die Temperatur des Heizungsvorlaufes 18 verstellt wird,
sondern die zeitliche Menge des in den Heizungsvorlauf einströrrenden Wärmeträgermediums.
Eine Pumpe 17 ist in den Kesselvorlauf zwischengeschaltet. Sie kann jedoch ebenso
wie das Ventil 15'' auch an anderen Stellen im Kreislauf angeordnet sein.
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Hier entspricht also de Kesselvorlauftemperatur stets der Heizungsvorlauftemperatur
und die Temperatur des sücklaufwassers wird nicht angehoben oder kann ggfs. auch
angehoben werden.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entsprechen der Regler 31 und
das ihm vorgeschaltete proportionale Übertragungsglied 33 und der diesem vorgeschaltete
Teirperaturfühler 32 zum Fühlen vorzugsweise der Raumtemperatur, jedoch ggfs. dem
Fühlen der Aussentemperatur dienen kann, den entsprechenden gleichnumerierten Gliedern
in Fig. '.
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Die Kesselvorlauftemperatur wird wie in Fig. 2 mittels des Temperaturfühlers
29 gefühlt, jedoch einem Mischpunkt 36' aufgeschaltet, dem ferner noch mittels des
Sollwertstellers 37 ein Sollwert aufgeschaltet wird, der dem Sollwert der Differenz
zwischen einer Führungsgrösse für die Kesselvorlauftemperatur und der Kesselvorlauftemperatur
entspricht.
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DiesemMischpunkt 36' wird ferner in diesem Ausffihrungs beispiel noch
der Sollwert S der durch das Ventil 15'' zu steuernden zeitlichen Strömungsmenge,
d.h. der Sollwert der Stellung des verstellbaren Drosselgliedes des Ventlis 15''
aufgeschaltet. Anstatt des letzteren Sollwertes,der vom Ausgang des proportionalen
Übertragungsgliedes 33 abgeleitet wird, kann dem Mischpunkt 36' agfs. der Istwert
der Stellung des Drosselgliedes aufgeschaltet werden, wie es durch die strichpunktierte
Linie 35' angedeutet ist.
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Die Stellung des Drosselgliedes des Ventils15" wird mittels eines
mit seiner von einem Stellmotor 30 angetriebener Stellwelle 42 gekoppelten Fühlers
21' gefühlt, dessen Ausgang
den jeweiligen Istwert angibt. Dieser
Istwert wird dem Regler 31 aufgedrückt und mit dem vom proportionalen Ubertragungsglied
33 kommenden Sollwert dieser Stellung verglichen und dann der Stellmotor 30 entsprechend
so betätigt, dass jede auftretende Regelabweichung ausgeregelt wird. Die Führungsgrösse
für die Führung der Kesselvorlauftemperatur ist in diesem Fall der Sollwert oder
Istwert der Stellung der Stellwelle 42 des Ventils 15'', so dass dieser Sollwert
bzw. dieser Istwert dem Mischpunkt 36' aufgedrückt und ihm dort die vom Glied 33
und vom Sollwertsteller 37 kommenden Signale additiv überlagert werden, wobei die
Signale so sind, dass bei konstanter Differenz TgsI-S C auf der Leitung 44 ein stets
gleich grosses Signal auftritt. Der Ausgang des Mischpunktes 36' wird dem Regler
27 mittels Leitung 44 zugeleitet. Der Realer 27 schaltet dann jeweils den Brenner
so ein und aus, dass das Signal auf der Leitung 44 auf einem vorgegebenen konstanten
Wert gehalten wird, dessen Grösse mittels des Sollwertstellers 37 einstellbar ist.
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Die voll ausgezogene Schaltung in Fig. 3 enthält keine Minimalbegrenzung
der Kesselvorlauftemperatur, so dass die Kedselvorlauftemperatur über den gesamten
Stellbereich des Reglers 31 und damit des Steuerventiles 15" auf die durch
den
Sollwertsteller 37 vorgegebene Differenz TKl,-S stetig geführt geregelt wird, wie
es an einem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 durch die voll ausgezogene Kennlinie 45
dargestellt ist. Die Regelung oder Steuerung der Raumtemperatur erfolgt in an sich
bekannter Weise mittels des Reglers 31.
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Falls in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls eine Miniralbegrenzung
der Kesselvorlauftemperatur erwünscht ist, kann dies durch die strichpunktiert eingezeichnete
Variante erreicht werden, deren Glieder 39, 40 im Prinzip den gleichnumerierten
Gliedern der Fig. 1 entsprechen und dieselbe Funktion haben. Die vom Temperaturflihler
29 kommende Leitung ist bei dieser Variante anstatt an den Nischpunkt 36' in einen
Istwert-Eingang des Reglers 27 geführt. Die Minimalbegrenzung erfolgt dann im Prinzip
in der gleichen Weise wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 geschildert, so dass
keine weiteren Erläuterungen notwendig sind. Es lassen sich dann beispielsweise
Kennlinien erreichen, ane sie in Fig. 6 strichpunktiert eingezeichnet sind.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Heizur.gsanlage dargestellt,
die in ihren Einzelheiten mit Ausnahme einer Erweiterung der Steuer- und Regelschaltung
der Anlage nach Fig. 1 entspricht.
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Die Anlage nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch,
dass ihre Schaltung zusätzliche Schaltungsglieder zur Minimalbegrenzung der Kesselrücklauftemperatur
31
aufweist und der Regler/einen dritten Eingang hat. Es wird deshalb im weiteren nur
der hierdurch bedingte Unterschied näher beschrieben. Die übrigen Regelungen und
Steuerungen entsprechen denen nach Fig. 1.
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Diese Anlage hat ausser den Temperaturfühlern 21, 29, 32 noch einen
Temperaturfühler 46 zum Fühlen der Temperatur TKR des Kesselrücklaufwassers.
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Der Ausgang dieses Temperaturfühlers 46, der beispielsweise ein temperaturabhängiger
Widerstand sein kann, wird den beiden Leitungen 49, 50 zugeleitet. Die untere Leitung
49 führt zu einem additiven Nischpunkt 51, wo dem Signal des Fühlers 46 ein mittels
eines Sollwertstellers 52 eistellbares konstantes Signal für eine erste Temperatur
TKpn des Kesselrücklaufmediums (siehe auch Diagramm nach Fig. 7) überlagert wird
und das resultierende Signal wird einem Proportional-Ubertragungsglied 53 aufgedrückt,
welches es proportional verstärkt und auch der Anpassung dient. Der Ausgang des
Gliedes 53 ist der vom Mischpunkt 36 zum Glied 39 führenden Leitung 61 aufgeschaltet.
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Die andere Leitung 50 führt zu einem Mischpunkt 54, wo diesem Signal
ein konstantes Signal für eine zweite Temperatur TKR2 des Kesselrücklaufmediums
überlagert wird, das von einem Sollwertsteller 55 eingegeben wird. Das resultierende
Signal
wird einem einstellbaren Minimal-Begrenzer 57 aufaedrückt, dessen Funktion weiter
unten anhand des Diagramms der Fig. 7 noch näher erläutert wird. Der Ausgang dieses
Minimal-Begrenzers 57 wird einem dritten Eingano des Reglers 31 zugeleitet. Dieser
Regler 31 regelt die Raumtemperatur oder die Heizungsvorlauftemperatur entsprechend
den vom proportionalen Übertragungsglied 33 kommenden Sollwert,von THV, wobei jedoch
infolge seines dritten Eingangs dieser Regler 31 eine Doppelfunktion ausübt, indem
er bei und unterhalb des eingestellten ttinimalwertes TKR2 der Kesselrücklauftemperatur
ganz oder im wesentlichem nur nach den vom Minimal-Begrenzer 57 kommenden Signalen
zur Verstellung des Mischventiles 15 arbeitet, wogegen ab der Temperatur TKR2 aufwärts
T HV wie in Fig. 1 geregelt wird, indem die anderen beiden Eingänge des Reglers
31,- die an die Leitungen 34, 62 angeschlossen sind, massgebend für seinen Ausgang
sind.
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Die Arbeitsweise dieser Anlage nach Fig. 4 wird nachfolgend noch näher
beschrieben, soweit es Abweichungen von der Arbeitsweise der Anlage nach Fig. 1
betrifft.
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Solange die Kesselrücklauftemperatur TKR grösser als TKR1 ist, sind
sämtliche Glieder, die durch den Ausgang des Temperaturfühlers 46 beeinflussbar
sind, wirkungslos, so dass diese Anlage wie die nach Fig. 1 arbeitet. Wenn dagegen
die Kesselrücklauftemperatur den eingestellten Wert TKRl
erreicht
hat und beginnt ihn zu unterschreiten, werden die Glieder 52, 53 der Schaltung wirksam,
welche Einfluss auf die Kesselvorlauftemperatur nehmen und bewirken, dass die Kesselvorlauftemperatur
nunmehr nicht mehr oder nicht mehr nennenswert vom Sollwert oder Istwert der Heizungsvorlauftemperatur
abgleitet wird, sondern die Führung für die Kesselvorlauftemperatur wird nunmehr
ausschliesslich oder massgeblich vom Sollwertsteller 52 über das proportionale übertragungsglied
53 und das Ubertraqungsglied 39 so über nommen, dass die Kesselvorlauftemperatur
TKV ah TKR1 bis zu TKR2 sehr steil erhöht wird, wie es an einem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 7 durch den Kennlinienast 60 dargestellt ist, wo TKR1 = 600C und TKR2
= 500C
sich TKV in dieser Bereich von 600C bis auf seinen vom Plaximalbegrenzer 14 bestimmten
Maximalwert von 1100C erhöht. hierdurch wird die Anhehung der Kesselrücklauftemperatur
verbessert, wobei dieser Zustand, wo TKR kleiner als 60 C ist, an sich nur sehr
selten und relativ kurzzeitig auftritt, insbesondere beim Anfahren der nlage oder
beim Übergang von Nachtabsenkung auf Taganhebung, so dass die Anlage normalerweise
wie die Anlage nach Fig. 1 arbeitet und fast immer die Kesselvorlauftemperatur zum
Teil sogar sehr erheblich unter ihrem Maximalwert liegt. Durch die sichere Gewährleistung
einer relativ hohen Kesselrücklauftemperatur bzw. beim Anfahren einer kalten Anlage
durch das schnelle Erreichen einer relativ
hohen Kesselrücklauftemperatur
wird der Kesselkorrosion äusserst wirksam entgegengetreten.
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Es ist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel noch vorgesehen,
Jass im Bereich unterhalb der Temperatur TKR2 der Regler 31 nicht mehr oder zumindest
nicht mehr im weseitlichen den über die Leitungen 34 und 62 kommenden Sianalen gehorcht,
sondern das vom Minimalbegrenzer 57 kommende Signal diese beiden anderen Signale
abstellt oder zumindest in ihrer Auswirkung durch dessen proportionale Überlagerung
oder auf sonstige Weise wesentlich reduziert, derart, dass bei Das Mischventil 15/der
Temperatur TKR2 stets so gesteuert wird, dass diese Temperatur T KP2 nicht nennenswert
unterschritten wird, so dass die in Fig. 7 als ein Beispiel eingezeichnete Linie
60' die minimale Kesselrücklauftemperatur TKR2 angibt, die bei allen >'ischventilstellungen
S'vorliegen kann. In Fig. 7 ist mit S'die prozentuale Stellung der Stellwelle des
Mischventils 15 bezeichnet.
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Im Grenzfall S-0 wird der Ausfluss in den Heizungsvorlauf aus dem
Mischventil 15 vollständig abgesperrt, so dass das gesamte Kesselvorlaufwasser in
den Kesselrücklauf gelangt. Beim Anfahren einer kalten Anlage kann deshalb zunächst
nur das im Kesselkreislauf befindliche Wasser durch den Kessel 10 erwärmt werden,
was folglich sehr rasch erfolgt und erst bei Überschreiten der Temperatur TKR2
beginnt
das Mischventil 15 zu öffnen, wobei jeder erneute Versuch, die Temperatur TKR2 zu
unterschreiten, sofort durch durch entsprechende Verstellung des Mischventils 15
selbsttätig wieder begegnet wird.