DE2937318A1

DE2937318A1 - Steuereinrichtung fuer eine aussentemperatur-abhaengig gesteuerte heizanlage mit frostschutzeinrichtung

Info

Publication number: DE2937318A1
Application number: DE19792937318
Authority: DE
Inventors: Moritz Keller
Original assignee: Landis and Gyr AG
Current assignee: Landis and Gyr AG
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1980-06-26
Also published as: SE7910547L; DE2937318C2; IT1127720B; CH636944A5; IT7928058A0; FR2444900A3; FR2444900B3; SE441312B

Description

LANDlS & GYR)

LGZ LANDIS & GYR ZUG AG CH-6301 ZUG Schweiz

Steuereinrichtung für eine Aussentemperatur-abhängig gesteuerte Heizanlage mit Frostschutzeinrichtung

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Steuereinrichtung für eine Aussentemperatur-abhängig gesteuerte Heizanlage mit Frost schützeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 5.

Bei den mit geringstem Aufwand realisierbaren aussentemperaturabhängig gesteuerten Heizanlagen wirkt ein Steuergerät direkt auf einen Brenner, der im Ein/Aus-Betrieb die der Aussentemperatur entsprechend geforderte Kesseltemperatur erzeugt. Bei Kleinlast ergeben sich niedrige Kesseltemperaturen und daraus resultierend Kondensatbildung und Korrosion.

Um diesen Zustand mindestens nachts zu verhindern, wird die Heizung nachts ausgeschaltet, was zum Einfrieren exponierter Leitungen in klaren Nächten führen kann.

Ferner kann man zum Vermeiden von Korrosion ein Steuergerät über einen Antrieb auf ein Stellglied einwirken lassen, den Kessel mit einem den Brenner ein- und ausschaltenden Kesselregler dauernd auf Temperatur halten und dem Heizungsvorlauf mehr oder weniger Kesselwasser zumischen. Damit werden die Energieverluste höher, denn der Kessel muss auch dann beheizt werden, wenn der Heizkreis keiner Wärme bedarf. Um dies zu verbessern, ist es bekannt, mit einem zusätzlichen Schalter im Stellglied-Antrieb den Brenner bei geschlossenem Stellglied abzustellen. Dies gibt aber bei einer bestimmten Kleinlast wiederum einen unerwünschten Kurzbetrieb des Brenners mit tiefen Kesseltemperaturen und ist zudem in der Installation aufwendig.

Mit der Zunahme energiebewussten Denkens wird auch dem Abschalten einer Umwälzpumpe, im folgenden Pumpe benannt, in den Betriebspausen mehr Beachtung geschenkt. Das Abschalten kann durch einen Thermostaten im Heizungsvorlauf geschehen, was aufwendig und auch nur dann sinnvoll ist, wenn sich in der Rohranlage eine Schwerkraftζirkulation bei abgestellter Pumpe ergibt. Beim Ab-

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stellen der Pumpe besteht zudem erhöhte Einfriergefahr exponierter Radiatoren oder Leitungsstücke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem die Vorlauftemperatur nach der Aussentemperatur zeitprogrammiert steuernden Gerät die Raumtemperatur des zu beheizenden Gebäudes während Betriebspausen, das heisst nachts oder während einer Abwesenheit der Bewohner möglichst weit absinken und den Brenner möglichst lange ausgeschaltet zu lassen, ein Einfrieren des Wassers in der Heizanlage aber durch eine vom sowieso vorhandenen Aussenfühler überwachte Frostschutz-Einrichtung zu verhindern, und gleichzeitig vom gleichen Gerät während des Brennerbetriebes die Einhaltung einer Minimalbetriebstemperatur des Kessels zu bewirken.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschema einer

Steuereinrichtung und

Fig. 2 ein Funktionsschema einer zu steuernder. Heizanlage.

Die beschriebene Steuereinrichtung dient der Steuerung einer einfachen Heizanlage gemäss der Fig. 2. In dieser bedeutet 1 einen Heizkessel mit einem Oelbrenner 2, fortan kurz Kessel und Brenner benannt. Ein Kesselvorlauf 3 führt über ein Dreiwegventil 4 als Stellglied zu einem Heizungsvorlauf 5. Der hydraulische Kreis ist geschlossen durch die Radiatoren 6, einen Heizungsrücklauf 7 mit einer Umwälzpumpe, kurz Pumpe 8 benannt, sowie durch einen Kesse lrücklauf 9. Vom Heizungsrücklauf 7 führt ein den Kessel umgehendes Bypassrohr 1O zum Dreiwegventil 4. Am Kessel 1 und am Heizungsvorlauf 5 befindet sich je ein Temperaturfühler, narrlieh ein Kesselfühler 11 und ein Vor lauffühler 12. Ein weiterer Temperaturfühler ist als Aussenfühler 13 der Aussentemperatur

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ausgesetzt. Das Dreiwegventil 4 wird durch einen Antrieb 14 betätigt. Vorteilhaft ist dies ein thermischer Antrieb.

Ein in der Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie dargestelltes Steuergerät 15 umfasst einen Programmgeber 16, der aus einer Schaltuhr und einem Programmschalter bestehen kann, einem Sollwertgeber 17 für die Vorwahl der gewünschten Raumtemperatur und aus einer die Heizkurve bestimmenden Messeinrichtung 18. Diese ist von den Aussen- und Vor lauffühlern 13 bzw. 12 beeinflusst. Eine erste, vom Sollwertgeber 17 und der Messeinrichtung 18 beeinflusste Schalteinheit 19 wirkt auf den Antrieb 14 des Dreiwegventils 4. Sie kann dieses im Auf/Zu-Betrieb oder stetig betätigen,

Eine zweite Schalteinheit 2O wird sowohl vom Vor lauf fühler 12 als auch vom Kesselfühler 11 beeinflusst und hat die Aufgabe, die Kessel temperatur immer um einen vorbestimmten Betrag gleitend höher zu halten als die Temperatur am Vorlauf fühler 12.

Eine dritte Schalteinheit 21 dient dazu, den einmal in Betrieb gesetzten Brenner 2 erst dann wieder auszuschalten, wenn die an einem Minimaltemperaturgeber 22 eingestellte Kesseltemperatur erreicht ist.

Schliesslich ist eine vierte, vom Programmgeber 16 nur in den Betriebspausen aktivierte Schalteinheit 23 als Frostschutzeinrichtung vorhanden, die sowohl mit dem Aussenfühler 13 als auch mit einem Sollwertgeber 24 verbunden ist. Der Sollwertgeber 24 dient zum Einstellen derjenigen Aussentemperatur, bei der die Frostschutzeinrichtung ansprechen soll. Die vierte Schalteinheit 23 ist über eine Leitung 39 mit dem Programmgeber 16 verbunden und nur wirksam.wenn der Programmgeber 16 die Heizanlage abgestellt, das heisst auf Betriebspause geschaltet;hat.

Damit der Brenner 2 ausserhalb von Frostgefahr, das heisst über der am Sollwertgeber 24 eingestellten Aussentemperatur während den Betriebspausen nicht einschaltet, dient ein bistabiles Schalt-

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element 25, das zwei Steuereingänge 26, 27 aufweist. Dessen Schaltkontakt 28 befindet sich in einem Steuerstrompfad 29 des Brenners Das Schaltelement 25 kann ein bistabiles Relais sein oder samt der Schaltkontakt 28 aus einem mit Halbleitern gebildeten Schaltkreis bestehen.

Der erste Steuereingang 26 ist am Ausgang der vierten Schalteinheit 23 angeschlossen. Nur ein Signal am Steuereingang 26 kann das Schaltelement 25 in die den Brennerbetrieb verhindernde Stellung bringen. Der zweite Steuereingang 27 ist vom Signal der Steuereinrichtung an den Antrieb 14 beeinflussbar und ist zu diesem Zweck mit dem Ausgang einer UND-Logik 30, die drei Eingänge 31, 32, 33 hat, verbunden. Der erste Eingang 31 ist an den Ausgang der ersten Schalteinheit 19 angeschlossen und wird vom Signal an den Antrieb 14 in solcher Art beeinflusst, dass nur ein das Stellglied 4 wenigstens grösstenteiIs öffnendes Signal die Brennersperrung aufheben kann.

Der zweite Eingang 32 liegt am Ausgang der zweiten Schalteinheit 2O und wird damit von der Kesseltemperatur und der Vor lauf temperatur beeinflusst, während der dritte Eingang 33 ein invertierender Eingang ist, der mit dem ersten Steuereingang 26 des bistabilen Schaltelementes 25 und damit auch mit dem Ausgang der vierten, dem Frostschutz dienenden Schalteinheit 23 verbunden ist. Vom gleichen Ausgang der vierten Schalteinheit 23 aus besteht eine Leitung 34 zur Pumpe 8. Die Leitung 34 dient zum Wiedereinschalten der Pumpe 8 bei Frostgefahr für den Fall, dass die Pumpe 8 zusammen mit dem Brenner 2 in den Betriebspausen vom Programmgeber 16 abgeschaltet wurde.

Eine ODER-Logik 35 bildet mit ihrem Ausgang 36 den Steuerstrompfad 29 für die Inbetriebnahme des Brenners 2. Das Potential des Ausganges 36 kann zwei definierte Werte annehmen, von denen der eine den Start des Brenners 2 ermöglicht. Ein erster Eingang 37 der ODER-Logik 35 ist wie der zweite Eingang 32 der UND-Logik 30 ebenfalls am Ausgang der zweiten Schalteinheit 20 angeschlossen,

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und ein zweiter Eingang 38 der ODER-Logik 35 ist mit dem Ausgang der dritten Schalteinheit 21 verbunden.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt:

Die zwei möglichen Stellungen des bistabilen Schaltelementes bzw. seines Schaltkontaktes 28 bestimmen grundsätzlich,ob der Brenner 2 während den Betriebspausen der Heizanlage in Betrieb gesetzt werden kann oder nicht. Das Entscheidungsmerkmal dazu ist die Aussentemperatur. Solange diese keine Frostgefahr meldet, wird der Schaltkontakt 28 in den Betriebspausen wie nachfolgend beschrieben geöffnet:

Sobald der Programmgeber 16 die Heizanlage auf Betriebspause schaltet, sei dies durch die Schaltuhr oder vom Programmschalter her, wird einerseits über die Leitung 39 die vierte Schalteinheit 23 aktiviert und gleichzeitig die Umwälzpumpe 8 abgeschaltet. Solange die Aussentemperatur über dem am Frostschutz-So 11-wertgeber 24 eingestellten Wert von z.B. 2° C liegt, erscheint an der Schalteinheit 23 beispielsweise ein Ausgangssignal logisch "1", wodurch die Pumpe 8 ausgeschaltet bleibt und das bistabile Schaltelement 25 in die gezeichnete Stellung mit geöffnetem Schaltkontakt 28 kippt, also einen Betrieb des Brenners 2 verhindert .

Ausserhalb der Betriebspausen, das heisst im normalen Heizbetrieb, beeinflusst die Messeinrichtung 18 die erste Schalteinrichtung 19 derart, dass das Dreiwegventil 4 im Heizungsvorlauf 5 eine der Aussentemperatur entsprechende Temperatur solcher Grosse einreguliert, dass im Wohnraum die gewünschte Temperatur von z.B. 20° C entsteht.

Mit dem Umschalten der Heizanlage auf Betriebspause wird aber auch der Sollwertgeber 17 so verstellt, dass dann der Messeinrichtung 18 eine Heizkurve zugrunde liegt, die einer Raumtemperatur von etwa 5° C entspricht, was bedeutet, dass bei etwa gleicher

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oder höherer Aussentemperatur von der Heizung keine Wärme mehr ve r langt wird.

Sinkt dagegen die Aussentemperatur unter die 2 °C-Grenze, dann kippi" die vierte Schalteinrichtung 23 und ihr Ausgangszustand geht auf logisch "O". Dies bewirkt über die Leitung 34 ein Einschalten der Pumpe 8. Das bistabile Schaltelement bleibt vorerst in seiner Stellung. Mit sinkender Temperatur im Heizungsvorlauf 5 und vorausgesetzt, dass die Aussentemperatur nicht mehr als etwa 5⁰C beträgt, wird sich das Ausgangssignal der ersten Schalteinheit 19 ändern und das Dreiwegventil 4 beginnt zu öffnen, das heisst, den Wasserdurchfluss durch den Kessel 1 zu vergrössern. Mit dem Oeffnen des Dreiwegventils 4 wird der Kessel 1 ausgekühlt, womit die zweite Schalteinheit 2O Wärme verlangt. Das heisst deren Ausgar^ssignal kippt auf logisch "1". Da das Ausgangssignal an der ersten Schalteinheit auch logisch "1" ist, liegen jetzt an beiden Eingängen 31 und 32 der UND-Logik 30 eine "1" und am invertierenden Eingang 33 eine "O". Damit ändert ihr Ausgangssignal auf logisch "1" und das bistabile Schaltelement 25 wird zurückgestellt. Dessen Schaltkontakt 28 schliesst. Weil wenigstens am ersten Eingang 37 der ODER-Logik 35 ein Signal logisch "1" vorhanden ist, weist auch deren Ausgangssignal den logischen Wert "1" auf, was einen Einschaltbefehl für den Brenner 2 bedeutet, der nun anläuft und unabhängig vom Zustand der ersten und zweiten Schalteinheit 19 bzw. 2O so lange in Betrieb bleibt, bis die minimal gefordert: Kesse 1 temperatur erreicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Signal am Ausgang der dritten Schalteinheit 21 den Wert "C" aufweist und dann beide Eingänge 37 und 38 der ODER-Logik 35 auf logisch "O" sind.

Ausserhalb de¹" Betriebspausen wird die Kesse 1 temperat jr in gleicher Weise aufrecht erhalten,und zwar einerseits die am N'inimaltemperatur-Geber 22 eingestellte Minimaltemperatur von der irι'-ten Schalteinheit 21 aus, und für den Fall, dass die ijefo^r :';r*-; Vor lauf temperatur hoher liejt, wird andererseits der Brenne^r über die zweite Scha 11 e i nhe i t 2O gleitend nach der Vorlauf tomp··· tür ein- und ausgeschaltet.

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Wirkt das Signal der ersten Schalteinheit 19 auf den Antrieb 14 stetig, dann ist es zweckmässig, in der Zuleitung zum ersten Eingang 31 der UND-Logik 3O noch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten Schwellwertschalter einzubauen, der bei etwa 7O %iger Oeffnung des Stellgliedes 4 kippt, wodurch das Signal am Eingang 31 auf den Wert logisch "1" geht.

Durch die beschriebene Arbeitsweise wird erreicht, dass der Brenner 2 während den Betriebspausen wirklich nur dann eingeschaltet wird, wenn die im Kessel 1 und im Rohrleitungsnetz noch vorhandene Wärme nicht m2hr ausreicht, um eine minimale Raumtemperatur von etwa 5° C zu halten. Durch die beschriebene Steuereinrichtung wird es möglich, die Raumtemperatur in den Betriebspausen bis nahe an die Frostgrenze absinken zu lassen, ohne dass eine Einfriergefahr in Kauf genommen werden muss. Kommt der Brenner aber einmal doch zum Einschalten, dann wird der Kessel wenigstens auf seine minimal geforderte Betriebstemperatur aufgeheizt, bis die Frostgefahr vorbei ist.

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Claims

PATENTANSPRUECHE

1.J Steuereinrichtung mit einem Vorlauf- und einem Aussentempercturfühler für eine nach einem Programmgeber und von der Aussentemperatur abhängig gesteuerte Heizanlage, bestehend aus einem brennerbeheizten Kessel mit wenigstens einer den Brenner ein- und ausschaltenden, von der Kesseltemperatur über einen Kesselfühler beeinflussten Schalteinrichtung, einem Wärmeträgerkreislauf mit einer Umwälzpumpe und einem von der Steuereinrichtung über einen Antrieb betätigten Stellglied zur Beeinflussung des durch den Kessel fliessenden Anteils der in einem Heizungsvorlauf bzw. Heizungsrücklauf zirkulierenden Menge eines Wärmeträgers, sowie mit einer von der Aussentemperatur beeinflussten und im beheizten Raum eine Minimal temperatur gewährleistenden Frostschutzeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerstrompfad 29) für die Inbetriebnahme des Brenners (2) ein bistabiles Schaltelement (25, 28) vorhanden ist, das zwei Steuereingänge (26, 27) aufweist und das ein Einschalten des Brenners (2) während der Dauer von Betriebspausen,in denen keine Frostgefahr besteht,verhindert, wobei der erste Steuereingang (26) am Ausgang der nur in den Betriebspausen vom Programmgeber (16) aktivierten Frostschutze ιnrichtung (23) angeschlossen ist und das Schaltelement (25, 23) n_r von einem Signal an diesem Steuereingang (26) in die den Brennerbetrieb verhindernde Stellung bringbar ist, während der zweite Steuereingang (27) vom Signal der Steuereinrichtung an den Antrieb (14) beeinflussbar ist und nur ein das Stellglied (4) wenigstens grösstenteiIs öffnendes Signal die Brenner sperrung aufhebt.

2. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Steuereingang (27) des bistabilen Schaltelementes (25) der Ausgang einer UND-Logik (30) vorgeschaltet ist, die wenigstens zwei Eingänge (31, 32) hat, von denen der erste Eingang (31) am Ausgang einer das Signal an den Antrieb (14; liefernden ersten Steuereinheit (19) angeschlossen ist, während der zweite Eingang (32) mit dem Ausgang einer vom Kesselfühler .11' und vom VorlauffühIer (12) beeinflussten zweiten Schal teirr ι c~ -

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tung (2O) verbunden ist, wodurch der Kesselfühler (11) die Kesseltemperatur immer um einen vorbestimmten Betrag gleitend höher hält als die Temperatur am Vorlauffühler (12).

3. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die UND-Logik (3O) einen dritten, invertierenden Eingang (33) aufweist, der mit dem ersten Steuersingang (26) des bistabilen Schaltelementes (25) verbunden ist.

4. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (36) einer ODER-Logik (35) den Steuerstrompfad (29) zum Brenner (2) bildet, deren erster Eingang (37) mit dem Ausgang der zweiten Schalteinrichtung (20) verbunden ist deren zweiter Eingang (38) an den Ausgang einer eine minimale Kesseltemperatur einhaltenden dritten Schalteinheit (21) angeschlossen ist.

5. Steuereinrichtung nach Patentanspruch 1 mit in den Betriebspausen zusammen mit dem Brenner abschaltbarer Umwälzpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass vom Ausgang der Frost schützeinrichtung (23) eine Leitung (34) zur Umwälzpumpe (8) besteht.

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