DE2745400A1 - Einrichtung zum regeln einer umlaufwasser-heizungsanlage - Google Patents

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Einrichtung zum Regeln einer Umlaufwasser-Heizungsanlage
Zusatz zu Zusatzpatent ... (Zusatzpatentanmeldung P 27 11 6Ol.^is

Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln einer Umlaufwasser-Heizungsanlage mit zwei Energiequellen, einem von beiden Energiequellen aufladbaren Wärmespeicher und einer Wärmepumpe, die Wärme aus den beiden Energiequellen oder dem Wärmespeicher in das Heizungsnetz pumpt, das auch direkt mit mindestens einer Energiequelle oder dem Wärmespeicher verbindbar ist, und ferner mit einem Regler für die Umlaufwasser-Temperatur, der mit einem Rechenwerk versehen ist, welches die Temperaturen der Energiequellen und des Wärmespeichers nach einem bestimmten Abfrageschema sowohl miteinander als auch mit der Umlaufwasser-Temperatur vergleicht, daraus das mit Rücksicht auf einen wirtschaftlichen Betrieb jeweils günstigste Zusammenwirken dieser und anderer die Heizleistung beeinflussenden Agregate ermittelt und über ein Stellwerk des Reglers den entsprechenden Stellbefehl auslöst, nach Zusatzpatent ... (Zusatzpatentanmeldung P 27 11 601.4).

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Nach dem Hauptpatent wird beispielsweise vorgeschlagen, den Regler bzw. dessen Rechenwerk in Digitaltechnik auszuführen. Ein solcher Regler ist jedoch verhältnismäßig kostspielig und läßt sich wegen der vielfältigen Verknüpfungen seiner Schaltungselemente nur mit großem Aufwand an verschiedene Programme anpassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Einrichtung nach dem Hauptpatent einen möglichst einfachen Regler zu schaffen, der sich ohne großen Aufwand verschiedenen Programmen bzw. verschiedenen äußeren Bedingungen, unter denen die Heizanlage arbeiten muß, anpassen läßt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Abfragestationen des Reglers Relais-Umschalter zugeordnet sind, deren entsprechend dem Abfragefluß miteinander verbundene Schaltkontakte eingangsseitig an eine konstante Betriebsspannungsquelle angeschlossen sind, und daß die Erregerspulen der Relais-Umschalter je von einem Temperaturfühlerpaar der entsprechenden Abfragestation in einer Brückenschaltung angesteuert sind.

Die Erregerspulen der Relais-Umschalter können zweckmäßig in Reihe mit einem Operationsverstärker und mit Potentiometern zur Einstellung der Schalthysterese der Umschalter im Diagonalzweig der Brückenschaltung liegen.

Zur Einstellung der Schaltschwellen ist vorteilhaft in jeder Brückenschaltung ein Potentiometer vorgesehen, dessen verstellbarer Abgriff mit dem einen Pol der Brückenspannungsquelle verbunden ist, während seine beiden Anschlußenden mit je einem der beiden Temperaturfühler verbunden sind, deren andere Anschlußenden an den zweiten Pol der Brückenspannungsquelle angeschlossen sind.

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Nach einem ersten Lösungsvorschlag kann jeder Relais-Umschalter von einem eigenen Temperaturfühlerpaar in einer Brückenschaltung angesteuert werden. Dazu eignen sich Differenztemperaturregler, die in der Solartechnik bereits komerziell erhältlich sind. Bei dieser Lösung sind unter Umständen jedoch verhältnismäßig viel Temperaturfühler erforderlich, die zweckmäßig bündelweise zusammengefaßt werden können.

Die Zahl der Temperaturfühler läßt sich reduzieren, wenn nach einem zweiten Lösungsvorschlag jeder Temperaturmeßstelle ein einziger, als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildeter Temperaturfühler zugeordnet ist, dessen Widerstandswert auf eine Mehrzahl von Stellwiderständen übertragen ist, welche als Temperaturfühler der einzelnen Abfragestationen dienen.

Zweckmäßig kann zur Übertragung des jeweiligen Widerstandswertes eines Temperaturfühlers auf die Stellwiderstände ein Gleichstrommotor im Diagonalzweig einer Brückenschaltung dienen, der mit den beweglichen Abgriffen der Stellwiderstände und eines in der Brückenschaltung liegenden Vergleichswiderstandes verbunden ist.

Eine einfachere, und deshalb besonders bevorzugte Lösung ergib1 sich, wenn erfindungsgemäß jeder Temperaturmeßstelle ein einziger Temperaturfühler zugeordnet und eine selbsttätig arbeitende Schalteinrichtung vorgesehen ist, die entsprechend dem Abfragefluß des Reglers in laufender Folge Brückenschaltungen mit den beiden jeweils in Betracht kommenden Temperaturfühlern und der Erregerspule des entsprechenden Relais-Umschalters herstellt.

Diese Lösung läßt sich z.B. mit einem mehrpoligen Umschalter realisieren, der eine der Anzahl der Abfragen entsprechende Anzahl von Schaltstellungen hat. Der Umschalter kann ein Drehschalter sein, der von einem Motor angetrieben wird, oder er kann durch eine Anzahl von Reed-Relais realisiert

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werden, die jeweils mit einer entsprechenden Anzahl von Umschaltkontakten versehen und an die Ausgänge eines Schieberegisters angeschlossen sind, durch welches ein einzelner Impuls hindurchläuft, der bei Erreichen des Registerendes an den Registeranfang zurückgegeben wird. In diesem Fall und bei Verwendung des vorstehend erwähnten Drehschalters sind die Umschalter als bistabile Relais auszuführen.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen Figur 1 ein für alle Ausführungsbeispiele gültiges Schema einer Heizungsanlage, Figur 2 ein ebenfalls allgemein gültiges Flußdiagramm des Reglers der Anlage nach Figur 1, und Figur 3 einen Schalt- und Verdrahtungsplan des Reglers nach den Figuren 1 und 2. Die Figuren 4 und 5 zeigen schematisch die Mittel zum Ansteuern der Relais-Umschalter nach dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. In den Figuren 6 und 7 ist das dritte Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Die Heizungsanlage hat ein geschlossenes Heizungsnetz 10, das mit Wasser gefüllt ist, dem ein Frostschutzmittel zugesetzt ist. Im Heizungsnetz 10 sind parallel zueinander ein aus einer Vielzahl von Einzelelementen bestehender Sonnenkollektor 11, ein Luftwärmetauscher 12 mit Ventilator 13, zwei Wärmetauscher 1*1 und 15 eines Wärmespeichers 16, der Verdampfer 17 und der Kondensator 18 einer Wärmepumpe 19, ein Wärmetauscher 20 in einem Brauchwasserspeicher 21, ein Bypaß 22 und ein Heizkörper 23 für die Raumheizung angeordnet. Der Kältemittel-Kreislauf der Wärmepumpe 19 führt zwischen dem Kondensator 18 und dem Verdampfer 17 über ein Expansionsventil 25 und zwischen dem Verdampfer 17 und dem Kondensator über den Kompressor 26 der Wärmepumpe. In dem in der Zeichnung obenliegenden Vorlaufstrang 30 des Heizungsnetzes 10 ist zwischen den Anschlüssen des Kondensators 18 und des

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Wärmetauschers 20 im Brauchwasserspeicher 21 der Wärmeübertrager 31 einer gasbeheizten Zusatzheizung 32 eingeschaltet. Im unteren Rücklaufstrang 3^ des Heizungsnetzes 10 sind an den Anschlußstellen der einzelnen Aggregate 3~Wegeventile 35 bis ^l vorgesehen, die je nach Stellbefehl eines Reglers zwei der an der betreffenden Anschlußstelle zusammenlaufende Stränge miteinander verbinden. Das Ventil 4l kann auch eine Zwischenstellung einnehmen, wie nachstehend noch näher beschrieben ist. Ferner sind an verschiedenen Stellen des Heizungsnetzes Pumpen kk bis kj vorgesehen, welche das Wasser in dem jeweils eingestellten Umlaufkreis im Uhrzeigersinn umwälzen.

Die Anlage hat einen Regler 50 für die Vorlaufwassertemperatur, deren Ist-Wert T„„ von einem Fühler 89 zwischen Bypaß und Heizkörpern 23 ermittelt wird. Der Sollwert dieser Temperatur ist witterungsabhängig geführt; zu diesem Zweck ist der Regler mit einem Außenfühler 52 versehen. Ferner sind Temperaturfühler 5Ί bis 56 vorgesehen, welche dem Regler die Kollektor-Auslauftemperatur T„., die Umgebungstemperatur T_ft1 des Luftwärmetauschers 12 und die Temperatur Top des Wärmespeichers 16 mitteilen. Darüber hinaus sind ein Temperaturfühler 51 für die Heizungswasser-Rücklauftemperatur T„_R sowie ein Temperaturfühler 57 im Luftwärmetauscher 12, ein Temperaturfühler 58 in der Umgebung des Luftwärmetauschers 12 und ein Temperaturfühler 59 für die Temperatur T_ß„ im Brauchwasserspeicher 21 angeordnet. Die Temperaturfühler 57 und 58 sind Teil eines Abtauthermostaten 60, der bei Vereisung des Luftwärmetauschers 12 einen Abtauvorgang vorrangig einleitet. Der Temperaturfühler 59 gehört zu einem Thermostaten 6l, der bei Brauchwasser-Wärmebedarf eine Beheizung des Brauchwasserspeichers 21 vorrangig zur Raumheizung, jedoch nachrangig zum Abtauen des Luftwärmetauschers 12, einleitet.

Neben dem Kollektor 11 ist ein weiteres einzelnes Kollektorelement 62 vorgesehen, das nicht an das Heizungsnetz 10 ange-

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schlossen ist. Das Element 62 ist mit einem Temperaturfühler 63 versehen, der die sogenannte Kollektorleerlauftemperatur T„_T ermittelt und dem Regler zuführt, die ein Maß für die Intensität der Sonneneinstrahlung ist.

Der Regler 50 steuert die Energiequellen und die anderen Aggregate der Heizung nach Art eines 3-Stufen-Heizungsreglers. Zu

diesem Zweck hat der Regler 50 einen Vergleicher 65, der die Sollwertabweichung der Rücklaufwassertemperatur ermittelt und Signale für kleinen, mittleren und großen Wärmebedarf, sowie ein Signal für fehlenden Wärmebedarf bildet. Diese Signale werden einem Rechenwerk 66 eingegeben, das unter den jeweils vorherrschenden Bedingungen den wirtschaftlichsten Einsatz der Wärmequellen ermittelt und das Ergebnis dieser Ermittlung eine-Stellwerk 67 signalisiert. Diese wandelt die Signale des Rechenwerks in Stellbefehle für die einzelnen Aggregate der Heizungsanlage um. In der Zeichnung sind die Wirkverbindungen des Stellwerks 67 mit diesen Aggregaten zur besseren Übersicht nicht dargestellt.

In Figur 2 ist die Funktion des Reglers anhand eines Abfrage- und Entscheidungs-Flußdiagrammes und durch Symbole Zl bis Zl4 für die jeweiligen Stellbefehle dargestellt. Es bezeichnen:

Zl: Kollektor 11 beheizt Brauchwasserspeicher 21 direkt;

Z2: Wärmespeicher l6 beheizt Brauchwasserspeicher 21 direkt, Kollektor 11 heizt sich im Leerlauf selbst auf;

Z3: Wärmepumpe 19 beheizt Brauchwasserspeicher 21, Wärmespeicher 16 beliefert Wärmepumpe 19, Kollektor 11 heizt Wärmespeicher l6 auf;

Zk: Wärmepumpe 19 beheizt Brauchwassersepicher 21, Wärmespeicher 16 beliefert Wärmepumpe 19, Kollektor 11 heizt sich im Leerlauf selbst auf;

Z5: Wärmepumpe 19 beheizt Brauchwasserspeicher 21, Luftwär metauscher 12 beliefert Wärmepumpe 19, Kollektor 11 heiz: sich im Leerlauf selbst auf; 909815/0467

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Ζ6: Kollektor 11 beheizt Raumheizkörper 23 direkt;

Z7". Wärmespeicher 16 beheizt Raumheizkörper 23 direkt,
Kollektor 11 heizt sich im Leerlauf selbst auf;

Z8: Wärmepumpe 19 beheizt Raumheizkörper 23, Kollektor 11 beliefert Wärmepumpe 19;

Z9: Wärmepumpe 19 beheizt Raumheizkörper 23, Wärmespeicher 16 beliefert Wärmepumpe 19, Kollektor 11 heizt sich ir Leerlauf selbst auf;

ZlO: Wärmepumpe 19 beheizt Raumheizkörper 23, Luftwärmetauscher 12 beliefert Wärmepumpe 19, Kollektor 11
heizt sich im Leerlauf selbst auf;

ZIl: Heizung ist nicht in Betrieb, Kollektor 11 beheizt
Wärmespeicher 16;

Z12: Heizung ist nicht in Betrieb, Luftwärmetauscher 12 beheizt Wärmespeicher 16;

Z13: Heizung ist nicht in Betrieb, Kollektor 11 heizt sich
im Leerlauf selbst auf;

Zl¹I: Heizung ist nicht in Betrieb, Luftwärmetauscher 12
wird abgetaut.

Die Abfrage kann periodisch als Aufeinanderfolge von Einzela'cfragen in den Abfrage- und Entscheidungsstationen erfolgen.
Die Anordnung kann aber auch so getroffen sein, daß die Abfrage in allen Stationen gleichseitig und permanent erfolgt,
so daß ein Abfragefluß im Sinne einer vorbestimmten Aufeinanderfolge von Einzelabfragen nicht stattfindet. Zum leichterer. Verständnis wird jedoch im folgenden allgemein von einem Abfragefluß gesprochen, weil sich auch bei den gewählten Ausführungsbeispielen mit permanenter Abfrage (Figuren h und 5) ein-. dem in Figur 2 dargestellten Flußdiagramm entsprechende Rangfolge der einzelnen Entscheidungen ergibt, wie nachstehend
noch näher erläutert wird.

Die einzelnen Abfrage- und Entscheidungsstationen des Reglers

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sind durch Rauten dargestellt, in die das Entscheidungskriterium hineingeschrieben ist. Die dafür verwendeten Bezeichnungen sind nachstehend zusammengefaßt nocheinmal erläutert:

T_ft1: Umgebungstemperatur des Luftwärmetauschers 12;

^TKA^: Auslauftemperatur ^des Kollektors 11; T„_T: Temperatur des Kollektor-Elementes 62, gleichbedeutend

mit der Leerlauftemperatur des Kollektors 11; Tg_p: Temperatur im Wärmespeicher 16; T_n,,: Temperatur im Brauchwasserspeicher 21; T„y: Umlaufwasser-Vor.lauftemperatur vor den Raumheikörpern 23;

^THR^{: Umlaufwasser}~^RücklauftemP^eratur hinter den Raumheizkcr— pern 23;

Τ.«: Umgebungstemperatur des Außenfühlers 52; T(-₇: Temperatur im Luftwärmetauscher 12;

Die Ja-Entscheidungen der einzelnen Stationen sind mit einem Plus, die Nein-Entscheidungen mit einem Minus gekennzeichnet. Die Δ-Werte der einzelnen Abfragen hängen von der jeweiligen Auslegung der Heizungsanalge und von weiteren Parametern ab, die auf das Verhalten der Regelung einen Einfluß haben.

Aus dem Flußdiagramm nach Figur 2 ist ersichtlich, daß vorrangig der Abtauthermostat 60 abgefragt und der Stellbefehl ZIk zum Abtauen des Luftwärmetauschers 12 ausgelöst wird, wenn die Temperaturdifferenz zwischen T und T^₇ den vorgegebenen Wer" Λ 20 überschreitet und der Thermostat 60 eine für wirtschaftlichen Betrieb nicht mehr tragbare Eisschichtdicke am Verdampfer meldet. Bei negativem Ergebnis der Abfrage, d.h. bei nicht erforderlichem Abtauen, trifft der Thermostat 61 die Entscheidung, ob der Abfragefluß an eine der die Brauchwassererwärmur.g steuernden Abfragestationen 70 bis Jk oder an den Vergleicher 65 zur Steuerung der Heizung weitergeleitet wird. Im ersten

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Fall wird zunächst die Station 70 angesteuert, die über Stel]-befehl Zl eine Direktbeheizung des Brauchwasserspeichers 21 durch den Kollektor 11 auslöst, wenn die Kollektorauslauftemperatur T„_A um den Schwellwert Λ 1 größer als die Temperatur T_ßW im Brauchwasserspeicher 21 ist. Im anderen Fall geht die Abfrage an die Station 71 weiter, welche über Stellbefehl Z2 eine Direktboheizung des Brauchwasserspeichers 21 durch den Wärmespeicher 16 auslöst, wenn die Temperatur T„p des Wärmespeichers l6 um den vorgegebenen Wert A 2 über der Temperatur T_RW des Brauchwasserspeichers liegt.

Wenn auch diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird in der folgenden Station 71 ermittelt, ob die Sonneneinstrahlung so intensiv ist, daß der Kollektor 11.trotz negativer Beantwortung der Abfrage in Station 70 nach kurzer Zeit doch in der Lage ist, das Brauchwasser direkt zu beheizen. Das wird dann als möglich angesehen, wenn die Kollektor-Leerlauftemperatur T„_T um etwa

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Λ 3 = 30 K über der Brauchwasserspeichertemperatur T_ß„ liegt. In diesem Fall wird wiederum Stellbefehl Zl ausgelöst. Bei nicht genügender Sonneneinstrahlung wird die Wärmepumpe 19 über eine der Stationen 73 oder 7 4 zugeschaltet..Station 73 löst Stellbefehl Z5 aus, wenn die Außentemperatur T... am Luftwärmetauscher 12 mindestens um den Wert A 4 über der Temperatur Top des Wärmespeichers 16 liegt. In diesem Fall wird die Wärmepumpe vom Luftwärmetauscher 12 gespeist, während der Kollektor 11 sich im Leerlauf selbst aufheizt. Wenn die Temperatur T.. den vorgeschriebenen Wert jedoch nicht erreicht, wird in Staticr. 74 Stellbefehl Z3 oder Zk ausgelöst, je nachdem, ob die Kollektor-Auslauftemperatur T„. um einen bestimmten Wert A 5 über der Temperatur T_sp des Wärmespeichers 16 liegt oder nicht. In beider. Fällen wird die Wärmepumpe 19 vom Wärmespeicher 16 gespeist, wobei in Z3 der Kollektor 11 den Wärmespeicher 16 lädt und in ZH der Kollektor 11 im Leerlauf sich selbst aufheizt.

Wenn der Wärmebedarf im Brauchwasserspeicher 21 gedeckt ist, lenkt der Thermostat 61 den Abfragefluß in den die Stellbefehle

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für die Raumheizung auslösenden Teil des Reglers über.

Dort kommt der Impuls zunächst im Vergleicher 65 an, der je nach Sollwertabweichung der Vorlauftemperatur T™. die Heizleistung in drei Stufen steuert. Der Vergleicher 65 ist zu diesem Zweck mit drei Abfrage- und Entscheidungsstationen 75, 76 und 77 versehen. Die Station 75 ermittelt, ob die Sollwertabweichung A T„_v einen ersten Schwellwert Λ 6 überschreitet und ob demzufolge mindestens ein geringer Wärmebedarf (HeizstufeiJ) oder überhaupt kein Wärmebedarf vorliegt. Station 76 entscheidet, ob die Sollwertabweichung _}< T„_v einen zweiten höheren Schwellwert A. 7 überschreitet und ob demzufolge mindestens ein mittlerer Wärmebedarf (Heizstufe 2) oder nur ein geringer Wärmebedarf vorliegt. Die Station 77 trifft anhand eines dritten Schwellwertes . \ 8 die Entscheidung, ob hoher (Heizstufe 3) oder nur mittlerer Wärmebedarf vorliegt.

Bei fehlendem Wärmebedarf entscheidet Station 78, ob der Kollektor 11 den Wärmespeicher l6 aufzuladen vermag, Stellbefehl ZIl, oder ob der Kollektor 11 zur Selbstaufladung im Leerlauf betrieben wird, Stellbefehle Z12 und ZI3. Bei genügend hoher Außentemperatur, Stellbefehl Z12, wird außerdem der Wärmespeicher l6 über den Luftwärmetauscher 12 aufgeladen. In allen diesen drei Betriebszuständen schließt das Ventil 4l die Heizkörper 23 über die Bypaßleitung kurz, so daß eine Wärmezufuhr zu den Heizkörpern 23 unterbleibt.

Bei kleinem Wärmebedarf (Heizstufe 1) löst Station 80 über Stellbefehl Z6 eine Direktbeheizung des Heizkörper-Umlaufwassers durch den Kollektor 11 aus, wenn die Kollektor-Auslauftemperatur T_KA die Heizungsrücklauftemperatur T„_R um den Wert /\ 11, z.B. um 2K übersteigt. Trifft das nicht zu, entscheidet Station 8l, ob der Wärmespeicher 16 zur Direktbeheizung des Heizkörper-Umlaufwassers bereit ist oder nicht. Im Fall der Bereitschaft wird über Stellbefehl Z7 der Wärmetauseher 15 im Wärmespeicher l6 mit dem Heizungsnetz verbunden und der

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Kollektor 11 zur Selbstaufladung in den Leerlauf geschaltet.

Ist auch der Wärmespeicher 16 zur Direktbeheizung nicht bereit, wird auf eine Beheizung des Umlaufwassers überhaupt verzichtet, bis die Sollwertabweichung so weit ansteigt, daß ein folgender Abfrageimpuls mittleren Wärmebedarf signalisier·". Zunächst jedoch wird Station 82 angesteuert, welche die Intensität der Sonneneinstrahlung anhand eines Vergleichs der Kollektor-Leerlauftemperatur T,„- im Kollektorelement 62 mit der Heizungsrücklauf temperatur T,._R abfragt. Wenn die erstgenannt? Temperatur um mehr als A13 = lOK über der anderen liegt, wird über Stellbefehl Z12 oder ZI3 der Kollektor 11 zur Aufladung in den Leerlauf geschaltet, wobei Station 79 noch entscheidet, daß der Luftwärmetauscher 12 den Wärmespeicher l6 auflädt, wenn die Außentemperatur T.. um den vorgegebenen Wert Λ 10 über der Speichertemperatur T„_p liegt. Bei nicht genügender Sonneneinstrahlung wird in Station 78 entschieden, ob der Kollektor 11 in der Lage ist, den Wärmespeicher l6 aufzuladen oder nicht. Bei positiver Beantwortung werden über Stellbefehl ZIl die Pumpe kk eingeschaltet und die Ventile 35 und 36 so eingestellt, daß der Kollektor 11 mit dem Wärmetauscher 14 im Wärmespeicher l6 verbunden ist. Im anderen Fall geht der Impuls wieder an Station 79, die über Stellbefehl Z12 oder ZI3 den Kollektor 11 in den Leerlauf schaltet und gegebenenfalls den Luftwärmetauscher 12 in Reihe mit dem Wärmetauscher m im Speicher l6 legt.

Das Zusammenwirken der Stationen 78, 79 und 82 in der ersten Heizstufe läuft im Ergebnis darauf hinaus, daß bei Nichtbereitschaft des Kollektors 11 und des Wärmespeichers l6 zur Direktbeheizung des Heizkörper-Umlaufwassers der Kollektor 11 zur Selbstaufladung im Leerlauf betrieben wird, wenn eine genügend intensive Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Dabei wird bewußt auf eine Beheizung des Wärmespeichers durch den Kollektor 11 verzichtet. Eingehende Versuche haben gezeigt, da£> es wirtschaftlicher ist, den Kollektor 11 möglichst

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schnell wieder in die Lage zu versetzen, das Umlaufwasser direkt zu beheizen, als den Kollektor auf den Wärmespeicher arbeiten zu lassen, wobei neben den Umwälzpumpen auch das Antriebsaggregat der Wärmepumpe Energie verbraucht.

In der Heizstufe 1 werden bei Nichtbereitschaft des Kollektors 11 und des Wärmespeichers 16 zur Direktheizung des Umlaufwass:rs im wesentlichen das gleiche Programm zur Ladung des Wärmespeichers und des Kollektors durchgeführt, wie bei fehlender. Wärmebedarf, d.h. bei negativem Signal der Station 75· Der einzige Unterschied besteht darin, daß bei starkem Sonneneinfall der Kollektor 11 nicht zur Ladung des Wärmespeichers benutzt wird, obzwar er mit Rücksicht auf die Temperaturverhältnisse im Kollektor und Wärmespeicher dazu in der Lage wäre. Die Stellbefehle Z6 und Z7 der ersten Heizstufe schalten das Ventil '11 in eine Mittelstellung, in welcher nur ein Teil des gesamten Umlaufwassers durch den Kollektor 11 über den Wärmespeicher 16 fließt, während der andere Teil über die Bypaßleitung 22 direkt zur Vorlaufleitung 30 gelangt.

Wenn in Station 76 ein mindestens mittlerer Wärmebedarf ermirtelt wird, geht die Abfrage an Station 77, in welcher der mittlere Wärmebedarf bestätigt oder sogar hoher Wärmebedarf festgestellt wird. Bei mittlerem Wärmebedarf, Heizstufe 2, wird in Station 83 dem Kollektor 11 zunächst Vorrang zur Direktheizung eingeräumt, wenn die Kollektor-Auslauftemperatur T_KA um mindestens 4 K über der Heizungsrücklauftemperatur T„_R liegt. In diesem Fall ergeht der Stellbefehl Z6. Dieser Fall tritt z.B. ein, wenn der Kollektor 11 bei vorangegangener Abfrage über Station 82 oder 84 in den Leerlauf geschaltet und durch intensive Sonneneinstrahlung genügend hoch aufgeheizt wurde. Wenn der Kollektor 11 die Bedingung der Abfrage in Station 83 nicht erfüllt, geht der Abfragefluß über die Stationen 84 und 85 zu einer der Stationen 86, 87 oder 88 weiter, welche über einen der Stellbefehle Z8 bis ZlO die Wärmepumpe 19 zuschaltet. Zunächst wird in Station 84 wieder

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die Frage nach der Sonneneinstrahlung gestellt. Wenn die Kollektor-Leerlauftemperatur T . um mehr als ^OK über der Heizungsrücklauftemperatur T^ liegt, wird von einer Speisurr der Wärmepumpe durch den Kollektor 11 abgesehen und dieser zur Selbstaufladung in den Leerlauf geschaltet. In Station Zz wird dann nur noch entschieden, ob der Wärmespeicher 16 oder der Luftwärmetauscher 12 zur Speisung der Wärmepumpe entsprechend der Stellbefehle Z9 oder ZlO herangezogen wird.

Bei weniger intensiver Sonneneinstrahlung ist mit einer schnellen Aufladung des Kollektors 11 und seiner baldigen Bereitschaft zur Direktheizung nicht zu rechnen, so daß der Kollektor als Wärmequelle für die Speisung der Wärmepumpe 19 in die Abfrage einbezogen wird. Die Abfrage geht zunächst an Station 85, welche feststellt, ob die Außentemperatur T.. um einen bestimmten Schwellwert Λ 16 über der Temperatur des Wärmespeichers T_Sp liegt. Ist dies nicht der Fall, wird in Station ermittelt, ob die Kollektor-Auslauftemperatur T„. um einen Mindestwert Λ 17, ζ.E. um 5K, über der Temperatur T_CD des

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Wärmespeichers liegt. Wenn dies zutrifft, wird der Kollektor Ii zur speisung der Wärmepumpe 19 herangezogen. Liegt T_KA unter diesem Wert, wird der Wärmetauscher 15 des Wärmespeichers 16 in Reihe zum Verdampfer 17 der Wärmepumpe geschalte". Wenn Station 85 ermittelt, daß T.. über T_s_ liegt, wird über Stellbefehl ZlO der Luftwärmetauscher 12 als Wärmequelle für die Wärmepumpe ausgewählt. Eine Ausnahme davon wird nur gemacht, wenn T^ um mehr als Δ 18, z.B. 15K, über T_A1 liegt. In diesem Fall kommt wieder der Kollektor 11 über Stellbefehl Z8 als Wärmequelle für die Wärmepumpe 19 zum Zug. In jedem Fall wird in Heizstufe 2 das Ventil kl so geschaltet, daß kein Umlaufwasser durch die Bypaßleitung 22 fließen kann.

Wenn Station 77 des Vergleichers 65 hohen Wärmebedarf bzw. Heizstufe 3 signalisiert, wird die Zusatzheizung 32 eingeschaltet und unter Umgehung der Stationen 83 und 84 direkt Station 85 angesteuert, über welche in der vorstehend beschriebenen Weise ein Betrieb mit Wärjneuumpe 19 ausgewählt wird.

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Auf eine Abfrage nach Bereitschaft des Kollektors zur Direktheizung wird hier verzichtet, weil der Kollektor auch bei voller Aufwärmung den hohen Wärmebedarf in Heizstufe 3 nicht decken kann. Auch in Heizstufe 3 schließt das Ventil ¹Jl die Bypaßleitung 22 ab, so daß das gesamte Umlaufwasser durch den Kondensator 18 der Wärmepumpe 19 fließt.

Zur Realisierung des vorbeschriebenen Regelprogramms sind den einzelnen Abfragestationen des Reglers 50 Relais-Umschalter Sl bis Sl6 zugeordnet, deren Umschaltkontakte gemäß Figur 3 entsprechend dem Abfragefluß nach Figur 2 miteinander verbunden und eingangsseitig an eine Konstantspannungsquelle 100 angeschlossen sind. Der Einfachheit halber sind in Figur 3 die Erregerspulen der Relais-Umschalter Sl bis Sl6 nicht dargestellt. Der Abtaugeber 60, der Brauchwasserthermostat 6l und der dreistufige Heizungsthermostat 65 sind so ausgeführt, daß ihr Äasgangssignal in Form des Schaltzustandes von Umschaltern vorhanden ist. Diese und die Umschalter Sl bis S16 steuern eine der Zahl der Stellbefehle Zl bis Zl¹* entsprechende Anzahl von Ausgangsleitungen 101 bis 114, die über einen Kreuzschienenverteiler 115 mit den Erregerspulen 116 bis 127 der die Heizungsanlage steuernden Aggregate bzw. der diese Aggregate steuernden Schütze verbunden sind. Diese Erregerspulen sind im einzelnen folgenden Aggregaten zugeordnet:

Erregerspule 116: Pumpe ¹J¹J

Erregerspule 117: Pumpe 45

Erregerspule 118: Pumpe 46

Erregerspule 119: Pumpe 47

Erregerspule 120: Ventil 35

Erregerspule 121: Ventil 36

Erregerspule 122: Ventil 37

Erregerspule 123: Ventil 38

Erregerspule 124: Ventil 39

Erregerspule 125: Ventilator 13

Erregerspule 126: Verdichter 26 der Wärmepumpe 19

Erregerspule 127: Zusatzheizung 32.

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An den einen Ausgang der dritten Stufe des Heizungsthermostaten bzw. Vergleichers 65 ist die Erregerspule 128 eines Relais angeschlossen, dessen Schaltkontakt 129 den Stromkreis der Erregerspule 127 für das die Zusatzheizung 32 steuernde Relais überwacht.

Aus Figur 3 ist zu erkennen, daß jeweils nur eine der Leitungen 101 bis 114 entsprechend des jeweils angesteuerten Betriebs· zustandes Strom führen kann. Die elektrischen Verbindungen im Kreuzschienenverteiler 115 sind so vorgesehen, daß über jede der Leitungen 101 bis 114 derjenige Schaltzustand ausgelöst wird, der dem im Flußdiagramm nach Figur 2 an analoger Stelle sitzenden Stellbefehl entspricht. Zur Kenntlichmachung des jeweils vorherrschenden Betriebszustandes sind eine der Anzahl der Stellbefehle entsprechende Anzahl von Kontrollampen 130 vorgesehen.

Wie nach Figur 2 verlangt, soll die Stellung der Relais-Umschalter Sl bis Sl6 abhängig sein von einer Temperaturdifferenz & . zwischen je zwei der sechs Temperaturen T„_A, T_Rj, ^Tgp> ^tai^{j T}BW ^{und T}HR·

Beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 wird jeder Umschalter Sl bis Sl6 von einem entsprechenden Temperaturfühlerpaar in einer Brückenschaltung über einen Verstärker V angesteuert. Der Einfachheit halber sind nur die Brückenschaltungen für die den Abfragestationen 70, 71 und 88 zugeordneten Umschalter Sl, S2 und Sl6 dargestellt. In der Abfragestation 70 wird ermittelt, ob die Kollektor-Auslauftemperatur Tg. um mehr als A 1 größer als die Temperatur T_ßw- im Brauchwasserspeicher 21 ist. Die Brückenschaltung für den entsprechenden Umschalter Sl enthält daher einen die Kollektor-Auslauftemperatur T„. erfassenden temperaturabhängigen Widerstand T_v. und ein die Tem-

peratur T_„ des Brauchwaserspeichers erfassenen temperaturab-

DH

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hängigen Widerstand R_ßW· Zur Einstellung der Schaltschwelle ^ 1 ist ein Potentiometer Ro₁ vorgesehen, dessen beweglicher Abgriff mit der Brückenspannungsquelle U₀ im Diagonalzweig der Brücke liegt. Dem Verstärker V sind zwei Widerstände R^₁ vorgeschaltet, mit denen sich die Verstärkung und damit die Schalthysterese in gewissen Grenzen einstellen bzw. variieren läßt. Wenn die Kollektor-Auslauftemperatur T„. die Brauchwasser-Speichertemperatur T_RW um die geforderte Schaltschwelle Δ übersteigt, zieht der Relais-Umschalter Sl an, wodurch der gewünschte Schaltvorgang ausgelöst wird.

Der Umschalter S2 wird entsprechend der Abfragestation 71 von einer Brückenschaltung angesteuert, in welcher ein die Temperatur T„p im Wärmespeicher 12 erfassender, temperaturabhängige: Widerstand Rgpj ein die Temperatur T_ßW im Brauchwasserspeicher 21 erfassender, temperaturabhängiger Widerstand R_RW und ein Potentiometer R_co einbezogen sind. Dieses kann baugleich mit dem Potentiometer R₃₁ sein und sich von diesem nur durch eine andere Einstellung seines beweglichen Abgriffs unterscheiden. Dem Verstärker V sind zwei Widerstände Ry₂ vorgeschaltet, die ebenfalls mit den Widerständen R„.. übereinstimmen oder nach den betrieblichen Erfordernissen von diesen abweichende Widerstandswerte haben können. Der Verstärker V selbst stimmt mit dem entsprechenden Bauteil in der Abfragestation 70 überein. Die Brückenschaltungen für alle übrigen Abfragestationen, für welche die Station l6 stellvertretend dargestellt ist, sind in analoger Weise aufgebaut. Es ergibt sich auf diese Weise für die einzelnen Meßstellen, die in Figur h durch senkrechte Streifenbereiche versinnbildlicht sind, jeweils mehrere Temperaturfühler, die zweckmäßig bündelweise an der Meßstelle zusammengefaßt sind.

Um die Zahl der Temperaturfühler zu reduzieren, kann auch jeder Meßstelle nur ein einziger Temperaturfühler zugeordnet sei: und dessen Ausgangssignal über geeignete Mittel den Brückenschaltungen für die Relais-Umschalter Sl bis SI6 eingegeben werden.

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R. * 1 S-

In Figur 5 ist eine solche Anordnung schematisch dargestellt. Der als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildete Meßfühler Rm einer Temperaturmeßstelle liegt in Reihe mit einem Festwiderstand R. in dem einen Brückenzweig einer Brückenschaltur.g, in deren anderem Brückenzweig ein Festwiderstand Rg in Reihe mit einem als Potentiometer ausgebildeten Vergleichswiderstar.i Rp geschaltet ist. An die Brückenschaltung ist über zwei Widerstände Ry ein Verstärker V angeschlossen, der einen Gleichstrommotor 140 steuert, welcher über ein Zahnritzel l4l eine Zahnstange 142 bewegt. An diese ist das eine Ende des als doppelarmiger Hebel ausgebildeten beweglichen Abgriffs 144 des Vergleichswiderstandes Rp angelenkt. Den Brückenschaltungen für die einzelnen Relais-Umschalter Sl bis S16 sind Stellwiderstände R₁ bis R₁/- zugeordnet, von denen in der Zeichnung nur R₁ und Rp dargestellt sind. Die ebenfalls als doppelarmige Hebel ausgebildete Abgriffe 146 der Stellwiderstände R₁ bis R₁ r sind wie der Abgriff 144 des Vergleichswiderstandes Rp an die Zahnstange 142 angelenkt, so daß eine Verschiebung der Zahnstange 142 die Abgriffe der Widerstände R_Q und R₁ bis R_1(C gleichsinnig verstellt. Die Widerstände R₁ bis R₁/- ersetzen in den einzelnen Brückenschaltungen die temperaturabhängigen Widerstände R„. Der Motor l4O verstellt bei einer Temperaturänderung der betreffenden Meßstelle die Zahnstange 142 so weit, bis der Vergleichswiderstand R-, und die Stellwiderstände R₁ tis R₁/- den gleichen Widerctandswert wie der Temperaturfühler R_m haben. Auf diese Weise üben die Stellwiderstände R.. bis R. _c

1 Io

die gleiche Funktion wie die temperaturabhängigen Widerstände R_gp, R_ßw usw. in der Schaltung nach Figur 4 aus.

Eine einfachere Lösung mit reduzierter Anzahl von Temperaturfühlern stellt das dritte Ausführungsbeispiel nach den Figuren 6 und 7 dar. Bei dieser Anordnung ist ein Walzenschalter 150 vorgesehen, der in fünf Schaltebenen A bis E (Figur 7) je sechzehn Schaltkontakte a., bis a^g, b^ bis b^ usw.

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R- 4 16

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hat. Der Walzenschalter wird von einem Gleichstrommotor umlaufend angetrieben, wobei er entsprechend der Anzahl der Abfragestationen sechzehn Schaltstellungen durchläuft, in denen er jeweils einige Sekunden verharrt. In Figur 7 sind nur die Schaltkontakte der drei den Abfragestationen 70, 71 und 88 entsprechenden Schaltstellungen 1, 2 und 16 dargestellt. In jeder Schaltstellung stellt der Walzenschalter eine Brückenschaltung her, über welche die entsprechenden Relais-Umschalter Sl bis Sl6 angesteuert werden. Die Anordnung der Schaltkontakte a bis e in den Brückenschaltungen ist grundsätzlich aus Figur 6 ersichtlich, in welcher die Brükkenschaltung für die der Abfragestation 70 entsprechende erste Schaltstellung stellvertretend für die anderen Stellungen abgebildet ist. Dabei sind für die einzelnen Schaltungselemente die gleichen Bezeichnungen wie in Figur ¹I gewählt.

Die Funktion des Walzenschalters 150 kann auch durch eine entsprechende Anzahl von Reed-Relais mit je fünf Kontaktpaaren realisiert werden, die an die Ausgänge eines Schieberegisters angeschlossen sind, durch welches ein einzelner Impuls hindurchläuft, der bei Erreichen des Registerendes an den Registeranfang zurückgegeben wird.

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Claims (5)

20.9.1977 Ki/Kö ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Ansprüche

1. Einrichtung zum Regeln einer Umlaufwasser-Heizungsanlage mit zv/ei Energiequellen, einem von beiden Energiequellen aufladbaren Wärmespeicher und einer Wärmepumpe, die Wärme aus den beiden Energiequellen oder dem Wärmespeicher in das Heizungsnetz pumpt, das auch direkt mit mindestens einer Energiequelle oder dem Wärmespeicher verbindbar ist, und ferner mit einem Regler für die Umlaufwasser-Temperatur, der mit einer. Rechenwerk versehen ist, welches die Temperaturen der Energiequellen und des Wärmespeichers nach einem bestimmten Abfrageschema sowohl miteinander als auch mit der Umlaufwasser-Temperatur vergleicht, daraus das mit Rücksicht auf einen wirtschaftlichen Betrieb jeweils günstigste Zusammenwirken dieser und anderer die Heizleistung beeinflussenden Aggregate ermittelt und über ein Stellwerk des Reglers den entsprechenden Stellbefehl auslöst, nach Zusatzpatent ... (Zusatzpatenranrneldung P 27 11 601.4), dadurch gekennzeichnet, daß den Abfragestationen des Reglers (50) Relais-Umschalter (Sl bis Sl6) zugeordnet sind, deren entsprechend dem Abfragefluß miteinander verbundene Schaltkontakte eingangsseitig an eine konstante Betriebsspannungsquelle (100) angeschlossen sind,

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und daß die Erregerspulen der Relais-Umschalter (Sl bis S16) je von einem Temperaturfühlerpaar der entsprechenden Abfragestation in einer Brückenschaltung angesteuert sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen der Relais-Umschalter (Sl bis Sl6) vorzugsweise in Reihe mit einem Operationsverstärker (V) und mit Potentiometern (Ry₁ bis Ry₁ r) zur Einstellung der Schalthysterese der Umschalter im Diagonalzweig der Brückenschaltung liegen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Temperaturmeßstelle ein einziger, als temperaturabhängiger Widerstand ausgebildeter Temperaturfühler (R„ in Figur 5) zugeordnet ist, dessen Widerstandswert auf eine Mehrzahl von Stellwiderständen (Rl bis Rl6) übertragen ist, welche als Temperaturfühler der einzelnen Abfragestationen dienen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des jeweiligen Widerstandswertes eines Temperaturfühlers (T„) auf die Stellwiderstände (Rl bis R16) ein Gleichstrommotor (l40) im Diagonalzweig einer Brückenschaltung dient, der mit den beweglichen Abgriffen (I¹Io) der Stellwiderstände (R. bis R-ig) und eines in der Brückenschaltung liegenden Vergleichswiderstandes (R_ß) verbunden ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Temperaturmeßstelle ein einziger Temperaturfühler zugeordnet ist und daß eine selbsttätig arbeitende Schalteinrichtung (150) vorgesehen ist, die entsprechend dem Abfragefluß des Reglers (50) in laufender Folge Brückenschaltungen mit den beiden jeweils in Betracht kommenden Temperaturfühlern sowie eine Ansteuerung der Erregerspule des entsprechenden Relais-Umschalters (S bis Sl6) herstellt (Figur 6 und 7)·

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