DE2811153A1

DE2811153A1 - Lastabhaengige vorlauftemperaturregelung fuer heizungsanlagen, system behm

Info

Publication number: DE2811153A1
Application number: DE19782811153
Authority: DE
Inventors: Reinhardt Behm; Wolfgang Behm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-03-15
Filing date: 1978-03-15
Publication date: 1979-09-20

Description

Beschteibung
Titel: Lastabhängige Vorlauftemperaturregelung für Heizungsanlagen, System Behm Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft ein Prinzip einer lastabhängigen Vorlauftemperaturregelung für Heizungsanlagen Zweck: Um eine gewünschte Raumtemperatur zu halten, ist es erforderlich die Temperatur des Heizungsvorlaufes in abhängigkeit von Außen- und Sollraumtemperatur einzustellen.
Stand der Technik: Es ist bekannt, daß es dazu grundsätzlich zwei Prinzipien gibt.
1.) Raumtemperatur-Regelnng Ein Raumtemperaturregler vergleicht die gemessene und die gewählte Raumtemperatur in einem Testraum und verstellt entsprechend der Temperaturabweichung ein Ventil.
Eine eventuell eingebaute Schaltuhr sohaltet während der Nacht auf die entsprechend abgesenkte Nachttemperatur ebenfalls nach dem Testraumprinzip.
Diese Regelung hat folgende Nachteile.
Der Raumtemperaturregler muß zwangsläufig an einer Wand angebracht werden und mißt deshalb nicht die wirkliche Raumtemperatur.
Störgrößen die auf andere Räume wirken werden nicht erfaßt und somit auch nicht ausgeregelt.
Störgrößen die nur auf den Testraum wirken werden auf alle übrigen Räume;:iübertragen.
Zur Funktion dieser Regelung ist es erforderlich, daß der restraum immer beheizt wird.
Aus vorgenannten Gründen ist diese Regelung bedingt, nur für eine Wohnung anwendbar.
2.)Witterungstemperaturabhängige Vorlaufregelung Ein Heizungsregler vergleicht, ob die vom Vorlauftemperaturfühler gemessene Heizungsvorlauftemperatur und vom Witterungsfühler erfaßte Außentemperatur der eingestellten Heu kurve entsprechen.
Bei Abweichungen verstellt der Regler ein Ventil bis sich eine der Außentemperatur zugeordnete Vorlauftemperatur ergibt. Die Heizkurve wird am Zentralgerät für die gesamte Heizperiode festeingestellt.
Eine im Regler eventuell eingebaute Tag/Nacht-Schaltuhr schaltet während der Nacht auf reduzierte Vorlauftemperatur.
Als nachteile können folgende Punkte aufgeführt werden: Der Witterungsfühler mißt durch Einflüße wie Sonne und Winci nicht immer die wirkliche Außentemperatur.
Er erfaßt nur Störgrößen aus einer Himmelsrichtung.
Plötzliche Laständerungen (z.B. Sonnenstrahlung, starke Außentemperaturs chwankungen in den Übergangszeiten Herbst und Frühjahr) die der Witterungsfühler sofort erfaßt wirken sich in Raumzeitverzögert aus.(Siehe DIN Kühllastberechnungen z.j. Fenster 0,5 Std., Wände 1-4 Std.) Dies führt dazu, daß die Vorlauftemperatur von der wirklich benötigten abweicht.
Die Folge daraus ist, daß die Raumtemperatur schwankt, was zwangsläufig zu erhöhtem Energieverbrauch führt.
Zur Ermittlung des tatsächlichen Zusammenhanges zwischen errechnetem- und erforderlichem Wärmebedarf sind während der ersten Heizperiode mehrere Messungen nötig, damit die richtige Heizkurve am Regler für die gesamte Heizperiode eingestellt werden kann 9 was erfahrungsgemäß in der Praxis nicht durchgeführt wird, dies führt zu ReklamationenO Die Praxis zeigt, daß dies sogar zu Xechtstreitigkeiten in Mehrfamil i enhäusern führt wenn z.B. die richtige Vorlauftemperatur eingestellt ist aber einzelne Wohnungen tagsüber mit reduziertem Heizbetrieb durch abdrehen der Heizkörperventile gefahren werden. Dann stellt sich in den beheizten Wohnungen ein Wärmefluß zu gunsten der unbeheizten Wohnung ein, so daß die gerechnete Raumtemperatur in der beheizten Wohnung nicht mehr den Sollwert erreicht, außerdem kommt es hier zu erheblichen Fließgeräuschen.
Diese der Regelung 1 und 2 aufgeführten Mängel lassen sich zwar zum Teil mit Thermostatventilen verringern aber nicht vollständig aus gleichen, da termostatische Heizkörperventile nur das reduzieren der Raumtemperatur bewirken können.
Somit muß mit erhöhter Vorlauptemperatur gefahren werden damit die gerechnete Raumtemperatur die man nach DIN mindestens fordert erreicht wird. Das führt zu erhöhtem Energieverlust der Verteilungsleitungen im Iiellergeschoß und in den Steigeleitungen die senkrecht in den Wänden verlegt sind.
Aufgabe: Die lastabhängige Vorlauftemperaturregelung hat die Aufgabe die augenblicke Nindes tvorlauftemperatur einzustellen die zur Deckung des tatsächlichen Wärmeverlustes der beheizten Räume erforderlich ist, um somit den Energieverlust auf ein Minimum zu reduzieren, ohne daß einzelne Räume benachteiligt werden.
Lösung und Funktionsprinzip: (Siehe Anlage Bild 1 u. 2) Der Analogrechner (AR) ermittelt aus der gemessenen Vorlauf- (TV) und Rücklauftemperatur (UR) die Belastung (Wärmeverlust an die Außenluft}. Aus der Belastung und der eingestellten Soll-Raumtemperatur (Ti, soll) berechnet der AR die notwendige Vorlauftemperatur (IV, b).
Diese Rechnung stimmt allerdings nur wenn sich die Heizung im stationären Zustand befindet, d.h. die Temperaturen sind konstant, und keine Wärme zum aufheizen verwendet wird. Um diesen Zustand zu erreichen ist die Vorlauftemperatur für einen bestimmenten Zeitraum (z.B.
5-20 Min) konstant zu halten, dazu dient der Speicher (SP) und der Vorlauftemperaturregler tRTVJ Nach einem am Taktgeber tUG) eingestellten Zeitraum bewirkt dieser, daß die berechnete Vorlauftemperatur (Tv) in den Speicher (SP) übernommen wird. Der Speicher gibt diesen Wertfür die folgende Periode auf den Vorlauftemperaturregler. Eine eingebaute Tag/ Nacht-Schaltuhr schaltet während der Nacht auf reduzierte Soll-Raumtenperatur.
Vorteile: Diese Regelung erfordert nur eine erstmalige Einstellung des iibertrsgungsverhaltens des Analogrechners. Die Vorlauftemperatur stellt sich automatisch so ein wie es die Belastung erfordert.
Sie übernimmt die Aufgabens-tellung der beiden bisher angewandten Prinzipien durch die indirekte Messung der Außentemperatur und der Raumtemperatur. (Belastung) Dadurch wird nur noch ein Regelprinzip erforderlich was zur Kostensenkung in Produktion, Vertrieb, Wartung und Lagerhaltungführt. Bei den bisher angewandten Regelungen mußte mindestens ein Fühler entfernt vom Zentralgerät installiert werden.
Dies führte oft zu Störungen (Verdrahtungsfehler u.ä.) und damit unnötigen Kosten.
Bei der lastabhängigen Regelung befinden sich die beiden Fühler in Nähe des Zentralgerätes und können somit als Kompakteinheit hergestellt werden, dies vermindert die Fehlerquote beträchtlich. Da diese Regelung nach dem Belastungsprinzip arbeitet wird beim einschalten der Nachtabsenkungder Heizbetrieb erst wieder aufgenommen wenn die tatsächliche Raumtemperatur auf ihren Sollwert gefallen ist, ebenso hat dies beim Umschalten auf Tagbetrieb zur Folge, daß sich eine schnelle Aufheizung einstellt.
Der Energieverbrauch kann hier auf das Minimum reduziert werden, desweiteren entfällt durch die schnelle Aufheizzeit der übliche Anheizzuschlag in Höhe von 7 ffi auf den nach DIN errechneten Wärmebedarf was wiederum die Gesamtanlagen-Erstellungskosten um 7'jio mindert.
Ausführungsbeispiel: Als Beispiel wird ein einfaches Modell (siehe Anlage Bild 3) durchgerechnet.
Das System sei im stationären Zustand, dann gelten folgende Beziehungen. Der Wärmefluß Beziehungen. Der Warmefluß (Pa) vom Raum an die Außenluft ist Pa = ka (Ti - Ta) (1) ka = Wärmedurchgangszahl der Wand Ti = Raumtemperatur Ta = Außentemperatur Der Wärmefluß (PR) vom Heizkörper in den Raum ist PR = kR (Tm - Ti) (2) Tm = Tv + TR 2 (3) kH = Wärmeübergangszahl des Heizkörpers Tv = Temperatur Vorlauf TR = Temperatur Rücklauf Wärmefluß (PH) Rohrsystem zum Heizkörper PH = DH (Tv - TR) (4) DH = Wärmekapazitätsfluß im stationären Zustand sind diese drei Wärmeflüsse gleich, also

ka (Ti - Ta) = KH (TV + TR - Ti) (5)

ka (Ti - Ta) = DH (Tv - TR) Aus diesem Gleichungssystem kann Ta bestimmt werden.
Ta = av x Tv + aR x TH (6) mit

av 1 1 + 1/d - 1/d

= ( )

2+1/K 2K

aR 1 1 - 1/d +1/d

= ( )

2+1/K 2K

K = ka/kH d = ka/DH mit Hilfe von Ta läßt sich das für Ti, soll benötigte Tv, B bestimmen: Tv, B = bi . Ti, soll - ba . Ta (7) mit bi = K + 1 + d/2 ba = K + d/2 oder mit (6): Tv,B = ci . Ti, soll - cvTv -CR TR (8) mit ci = bi cv = av . ba CR = aR . ba (8) ist die Übertragungsfunktion des Analogrechners, dabei sind Konstanten ci, cv und cR einstellbar.
Diese Konstanten laßen sich aus den Projektierungsdaten bestimmen.
Z.B. für ein System das bei Ta =(-)15°C und Ti = 20°C mit Tv ^ 9o C und TR = 70°C fährt ergibt sich nach (5)

K = ka/kH = (Tv + TR - Ti)/(Ti - Ta)

d = ka/DH = (Tv - TR)/((Ti -Ta) also

K = (##### - 20)/[20 - (-15)]= 1,71

d = (90 - 70)/[[20 - (-15)=0,571 Berechnungen an komplizierteren Modellen führen zu den gleichen Ergebnissen.
In Anlage Bild 4 + 5 ist ein Prinzipschaltbild für Analogrechner (4) und Speicher (5) dargestellt.
VF und RF sind Temperatur= Spannungswandler.
Pv, PR und Pi sind Potenziometer zur Einstellung von CV, CR und Ci OS = Oszillator z = Digital zähler L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Oberbegriff: Lastäbhangige Vorlauftemperaturregelung für Heizungsanlagen Kennzeichnender Teil: Dadurch gekennzeichnet, daß aus Vor- und Rücklauftemperatur im stationären Zustand die notwendige Vorlauftemperatur automatisch berechnet und eingeregelt wird.