DE29900627U1

DE29900627U1 - Regelgerät für Raumwärme und Trinkwarmwasserzubereitung

Info

Publication number: DE29900627U1
Application number: DE29900627U
Authority: DE
Original assignee: MVV Energie AG
Current assignee: MVV Energie AG
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: DE10000538A1

Description

Mannheim, 18.01.1999 GM 2384.anm ILTaau

Vertreter: Patentanwalt Dipl.-Ing. W.-D. Fischer Sophienstraße

D-68165 Mannheim

Anmelder: MW Energie AG Luisenring

D-68159 Mannheim

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Regelgerät für Raumwärme und Trinkwarmwasserbereitung

Die Erfindung betrifft ein Regelgerät mit integriertem Wärmezähler für Raumwärme und Trinkwarmwasserbereitung. Kompakt-Wärmeübergabestationen für die wohnungsweise Wärmeübergabe und, in kleineren Nahwärmenetzen, für kleinere Einzelgebäude oder in größeren Anlagen zur Trinkwarmwassererwärmung im Durchlaufprinzip besitzen einen Heizwasserkreislauf und einen Durchlauf-Trinkwarmwasserkreislauf, die an einen Wärmetauscher angeschlossen sind, wobei an den Heizwasserkreislauf ein Kreislauf für die Raumheizung anschließt. Zur Regelung der Trinkwarmwassertemperatur, einer zeit- und bedarfsgesteuerten Warmhaltung der Heizwasser-Vorlaufleitung, der Rücklauftemperaturbegrenzung im Heizwasserkreislauf, eine umschaltbare Volumenstrom- bzw. Heizleistungsbegrenzung sind mechanische Regler vorgesehen. Der von der Vorlauftemperatur im Heizwasserkreislauf abhängige Proportionalbeiwert ist hierbei jedoch unveränderbar. In einfachen Geräten, ohne eigentliche Regelung der Trinkwarmwassertemperatur sind mechanische Fließdruckschalter vorgesehen, in dem der Heizwassermassenstrom der Warmwasserzapfmenge in einem festen Verhältnis nachgeführt wird. Diese Regelungen weisen eine schlechte Regelgüte auf. Bei den bekannten Regelungen wird teilweise auf eine Warmhaltung der Heizwasservorlaufleitung verzichtet, und teilweise wird über einen auf der Trinkwasserseite angebrachten Fühler die gesamte Anlage, bestehend aus Heizwasserleitungen und Wärmeübertrager, ständig auf einem hohen Temperaturniveau gehalten. Die Begrenzung der Wassermenge des vom Heizungssystem zurückfließenden Wassers wird durch teuere und zusätzlich vorzusehende hydraulische Antriebe realisiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelgerät für einen derartigen Trinkwasserbereiter mit einer hohen Güte der Regelung der Trinkwarmwassertemperatur hinsichtlich Stabilität, Schwingungsarmut und Einregelung auf einen definierten Sollwert vorzusehen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit einem derartigen Regelgerät gelöst, bei dem ein digitales Regelgerät vorgesehen ist, an das durchlauf-trinkwarmwasserseitig ein Strömungswächter und ein Temperaturfühler und heizwasserkreislaufseitig ein Wärmerechner mit Temperaturfühlern und einem Volumenzähler angebaut sind. Vorgesehen ist hierbei ein PID-Regelalgorithmus, wobei der Proportionalbeiwert an die sich witterungsbedingt ändernde Heizungsvorlauftemperatur angepaßt wird. In Abhängigkeit von der Regeldifferenz wird zwischen dem PID-Regler-Ausgang dem konstanten Wert 0 und dem Maximalwert umgeschaltet.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß an das Regelgerät ein im Heizwasserkreislauf angeordnetes Magnetregelventil angeschlossen ist, das über den Temperaturfühler im Austritt des Trinkwarmwassers die Trinkwassertemperatur regelt.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß im Vorlauf des Raumheizungskreislaufs ein mit dem Regler verbundenes Drosselventil angeordnet ist, das über den Temperaturfühler im Rücklauf des Heizwasserkreislaufs regelbar ist.

Es wird vorgeschlagen, daß der Volumenzähler und das Drosselventil zur Volumenstrombegrenzung im Regler miteinander gekoppelt sind.

Die Erfindung nutzt die Meßwerte für die Wärmezählung für Regelungszwecke. Der Proportionalbeiwert wird an die Heizungsvorlauftemperatur adaptiert, und die Umschaltung der Stellgröße erfolgt in Abhängigkeit eines Kennfeldes. Dadurch ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der Regelgüte.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen,

Fig. 1 eine Darstellung des Regelungsschemas mit den

Medienströmen und Signalleitungen,

Fig. 2 den Zusatzregelkreis für die Warmhaltung der

Heizwasser-Vorlaufleitung,

Fig. 3 den unterlagerten Regelkreis gemäß Fig. 2,

Fig. 4 den Zusatzregelkreis für die Rücklauftemperaturbe

grenzung im Heizwasserrücklauf und

Fig. 5 den Zusatzregelkreis für die Volumenstrombegren

zung.

Das in Fig. 1 dargestellte Regelschaltbild zeigt einen aus Vorlauf 1 und Rücklauf 2 bestehenden Heizwasserkreislauf, einen aus Vorlauf 3 und Rücklauf 4 bestehenden Warmwasserkreislauf, wobei der Temperatur-

austausch zwischen den beiden Medien an einem Wärmetauscher 7 erfolgt. Von dem Heizwasserkreislauf 1, 2 zweigt ein Raumheizungskreislauf mit Vorlauf 5 und Rücklauf 6 ab.

Die Regelung der verschiedenen Parameter erfolgt in einem digitalen Regelgerät 8, wobei für den Heizwasserkreislauf 1, 2 an das Regelgerät 8 ein Fühler 9 für die Rücklauftemperatur, ein Fühler 10 für die Vorlauftemperatur und ein Volumenzähler 11 für die Durchlaufmenge angeschlossen sind. In der Rücklaufleitung 2 befindet sich weiterhin ein Magnetregelventil 14. Im Austritt des Trinkwassers 3 ist ein Temperaturfühler 15 und im Eintritt 4 ein Strömungswächter 12 angeordnet. Weiterhin ist der Raumheizungskreislauf im Vorlauf 5 mit einem Drosselventil 13 versehen. An das Regelgerät 8 ist außerdem ein Raumtemperaturfühler 16 angeschlossen.

Für die Regelung der Trinkwarmwassertemperatur kommt ein PID-Regelalgorithmus zum Einsatz, wobei der Proportionalbeiwert an die sich witterungsbedingt ändernde Heizungsvorlauftemperatur, gemessen am Fühler 10, angepaßt wird. In Abhängigkeit von der Regeldifferenz wird zwischen dem PID-Regler-Ausgang, dem konstanten Wert 0 und dem Maximalwert (das Magnetventil 14 ist vollständig geöffnet), umgeschaltet. Die Regelung wird durch den Strömungswächter 12 aktiviert, und zwar, wenn dieser im Kaltwasserzulauf Warmwasserzapfung meldet.

Das Regelgerät 8 ist gemäß Fig. 2 mit einer weiteren zusätzlichen Regelung versehen. Die Heizwasservorlaufleitung 1 kühlt bei fehlendem Heizwasserbedarf für die Raumheizung aus. Zu Beginn des Zapffalls steht deshalb kein genügend heißes Heizwasser in der Vorlaufleitung 1

zur Verfügung. Zeitgesteuert oder aufgrund eines besonderen Schaltsignals wird nun die für den Wärmezähler ohnehin gemessene Vorlauftemperatur über den Fühler 10 aus einem einstellbaren Temperaturbereich T_{w gerege}i_t. Stellorgan ist das Magnetregelventil 14, das im Zapffall für die Regelung der Trinkwarmwassertemperatur verwendet wird. Zum Einsatz kommt ein im Regelgerät 8 implementierter Regelalgorithmus gemäß einem unterlagerten Regelkreis 17. Der Temperatursollwert T_ws wird mit dem Temperatur-Istwert T_w verglichen. Die Regelung erfolgt über den Temperaturregler 18, den anschließenden unterlagerten Regelkreis 17 und die Regelstrecke 19. Der unterlagerte Regelkreis 17 ergibt sich aus Fig. 3. Er besitzt einen Sollwertbegrenzer 20, den Volumenregler 21, das Magnetventil 14 mit der anschließenden Regelstrecke 19.

Nachdem die Warmhaltung auf bestimmte Tageszeiten und auf spezielle Bedarfsfälle beschränkt ist, werden die mit der Warmhaltung zwangsweise verbundenen Energieverluste in der Nichtheizperiode durch Rohrleitungsabstrahlung minimiert. Aus dem gleichen Grund wird der mit der Warmhaltung verbundene erhöhte Kalkausfall im Wärmetauscher 7 minimiert.

Gegenüber einer Messung im oder am Wärmetauscher 7 oder auf der Trinkwasserseite des Wärmetauschers 7 ist die Verwendung des Meßfühlers 10 für die Vorlauftemperatur vorteilhaft. Durch die Plazierung des Fühlers 10 in Heizwasserflußrichtung vor dem Wärmetauscher 7 wird bei kleiner öffnung des Magnetventils 14, und damit verbundenen kleinen Heizwasservolumenströmen, die Einbringung von Heizwasser in den Wärmetauscher 7 vermindert und dadurch der Verkalkung entgegengewirkt.

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Die in Fig. 4 dargestellte zusätzliche Regelung bewirkt eine Rücklauftemperaturbegrenzung im Rücklauf 2 des Heizwasserkreislaufes.

In mit Fernwärme bzw. Brennwertkesselanlagen betriebenen Heizungsanlagen muß tarif- bzw. technisch bedingt die Temperatur des vom Heizungssystems 1 bzw. 5, 6 zurückfließenden Wassers möglichst niedrig sein. Mit der Zusatzregelung gemäß Fig. 4 wird die maximal zulässige Rücklauftemperatur begrenzt.

Zur Erfassung der Wärmemenge wird die Rücklauftemperatur ohnehin am Fühler 9 gemessen. Über einen im Regelgerät 8 realisierten Regelalgorithmus wird bei Erreichen der einstellbaren Grenz-Rücklauftemperatur mittels des Drosselventils 13 im Vorlauf 5 die Rücklauftemperatur begrenzt. Falls die Rücklauftemperatur T_Rücklauf unterhalb der eingestellten Grenz-Rücklaufstemperatur T_rs bleibt, ist die Regelung deaktiviert.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Zusatzregelung mit einer Volumenstrombegrenzung in einem Wärmerechner/Regelungs-Kombinationsgerät, wobei der Volumenstrom für den integrierten Wärmerechner ohnehin erfaßt wird. Dem Regelgerät 8 wird über den Strömungswächter 12 ein Trinkwarmwasserzapffall gemeldet. In diesem Fall wird das Raumheizungs-Drosselventil 13 geschlossen, und die Volumenstrom- bzw. Leitungsbegrenzung wird deaktiviert. Liegt keine Warmwasserzapfung vor, dann wird der Volumenstrom gemessen und über einen im Regelgerät 8 implementierten Algorithmus und über das Drosselventil 13 auf einen einstellbaren Grenzwert begrenzt.

Die Begrenzung hat hierbei Vorrang gegenüber der optionalen Raumtemperaturregelung über den Raumtemperaturfühler 16. Sofern der Volumenstrom oder die Heizleistung unterhalb diesem Grenzwert liegt, bleibt die Begrenzung deaktiviert.

Claims

Schutzansprüche

1. Regelgerät mit integriertem Wärmezähler für Raumwärme und Trinkwarmwasserbereitung mit einem Heizwasserkreislauf (1,2) und einem Durchlauf-Trinkwarmwasserkreislauf (3, 4), die an einen Wärmetauscher (7) angeschlossen sind, wobei an den Heizwasserkreislauf (1, 2) ein Kreislauf (5, 6) für die Raumheizung anschließbar ist, mit einem digitalen Regelgerät (8), an das durchlauf-trinkwarmwasserseitig (3, 4) ein Strömungswächter (12) und ein Temperaturfühler (15) und heizwasserkreislaufseitig (1, 2) ein Wärmerechner mit Temperaturfühlern (9, 10) und einem Volumenzähler (11) angebaut sind.

2. Regelgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Regelgerät (8) ein im Heizwasserkreislauf (1, 2) angeordnetes Magnetregelventil (14) angeschlossen ist, das über die Temperaturfühler (10) im Vorlauf (1) des Heizwasserkreislaufs (1, 2) und im Austritt des Trinkwarmwassers (3) die Trinkwarmwassertemperatur regelt und für die Warmhaltung des Vorlaufs (1) sorgt.

3. Regelgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorlauf (5) des Raumheizungskreislaufs (5, 6) ein mit dem Regler (8) verbundenes Drosselventil (13) angeordnet ist, das über den Temperaturfühler (9) im Rücklauf (2) des Heizwasserkreislaufs (1, 2) regelbar ist.

4. Regelgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenzähler (11) und das Drosselventil (13) zur Volumenstrombegrenzung im Regler (8) miteinander gekoppelt sind.