-
Verfahren zur Steuerung von Wärmequellen einer
-
Heizungsanlage und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die
voriegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Wärmequellen
in einer Heizungsanlage beziehungsweise auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs beziehungsweise des nebengeordneten Anspruchs
2.
-
Aus der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 06 557.4-16 ist eine
Heizungsanlage unter Verwendung mehrerer als Kessel ausgebildeter Wärmequellen bekanntgeworden,
bei der die Wärmequellen unterschiedliche Leistungen aufweisen und bei der in Abhängigkeit
von der gerade geforderten Wärmeleistung die verschiedenen Kessel der Anlage entweder
einzeln oder in angepaßten
Kombinationen eingeschaltet werden.
-
Hierzu ist es aber notwendig, den Temperaturuerlauf in der Heizungsanlage
exakt zu messen, um die Umschaltung der Wärmequelle vornehmen zu können.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einschaltsignale
für die Wärmequelle aus den Betriebszeiten der Wärmequellen selbst zu ermitteln,
um so eine optimale Anpassung der ärmeleistung, gegeben durch die einzelne oder
durch die Vielzahl gerade eingeschalteter Wärmequellen, an die geforderte Wärmeleistung
anpassen zu können, um also Hefflzenergie einzusparen.
-
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs beziehungsweise durch die in den Vorrichtungsansprüchen
angegebenen Anordnung.
-
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen sowohl bezüglich Verfahrensmerkmalen
als auch Vorrichtungsmerkmalen hervor.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Figuren eins
bis zwölf der Zeichnungen näher erläutert.
-
Es bedeuten:
Figur eins eine schematische Darstellung
einer Heizungsanlage, Figur zwei die schematische Darstellung der Steuereinrichtung
und die Figuren drei bis zwölf Diagramme zur Verdeutlichung des Steuerverhaltens
der Steuereinrichtung In allen zwölf Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils
die gleichen Einzelheiten.
-
Die Heizungsanlage gemäß Figur eins weist zwei Wärmequellen 501 beziehungsweise
502 auf. Es könnten noch mehr Wärmequellen vorhanden sein, alle Wärmequellen sind
parallel an eine Vorlaufleitung 503 und eine Rücklaufleitung 504 geschaltet.
-
Es sind aber wenigstens zwei Wärmequellen vorhanden. Diese Wärmequellen
können unterschiedliche oder gleiche maximale Wärmeleistungen aufweisen. Sie können
entweder im Stillstand oder mit ihrer Nennleistung betrieben werden. Bevorzugt ist
eine Abstufung der Nennleistungen der einzelnen Wärmequellen nach der Reihe 2 ,
wobei n die Anzahl der Wärmequellen ist.
-
Diese Wärmequellen können Umlaufwasserheizer oder Kessel sein, die
mit fluiden Brennstoffen, wie insbesondere Gas oder Öl, betrieben werden. Jeder
Wärmequelle ist ein leistungsangepaßter Brenner 505 beziehungsweise 506 zugeordnet,
die über
Gaszufuhrleitungen 507 beziehungsweise 508 an eine gemeinsame
Brennstoffversorgungsleitung 509 angeschlossen sind, wobei in den Gaszufuhrleitungen
Magnetventile 510 beziehungsweise 511 vorgesehen sind, die über Leitungen 512 beziehungsweise
513 von einer Steuervorrichtung 526 gemäß Figur 2 angesteuert werden können.
-
Die Vorlaufleitung 503 führt zu einem Dreiwege-Umschaltventil 514,
das von einem Wasserschalter 515 verstellt werden kann. An die Auslässe des Dreiwege-Umschaltventils
514 sind eine Heizkörpervorlaufleitung 516 und eine Brauchwasserbereiter-Vorlaufleitung
517 angeschlossen, wobei die letztere über einen Brauchwasserwärmetauscher 518 mit
einer Gebrauchswasserbereiter-Rücklaufleitung 519 in Verbindung steht, die rücklaufseitig
einer Umwälzpumpe 520 angeschlossen ist, deren Druckstutzen die Rücklaufleitung
504 bildet. Die Heizkörper-Vorlaufleitung 516 führt zu einer Vielzahl parallel und
oder in Serie geschalteter Heizkörper 521, an die sich eine Heizkörper-Rücklaufleitung
522 anschließt, die gemeinsam mit der Gebrauchswasserbereiter-Rücklaufleitung 519
in den Saugstutzen der Umwälzpumpe 520 mündet.
-
Im Zuge einer Brauchwasserzapfleitung 523 ist der Wasserschalter 515
vorgesehen, weiterhin ein Gebrauchswasser-Zapfventil 524, das symbolisch anstelle
einer Vielzahl von Zapfwasserverbrauchern steht.
-
Vom Wasserschalter 515 führt eine Meßleitung 525 zu einer
Steuereinrichtung
526, die über eine Stelleitung 527 sowohl die Umwälzpumpe 520 als auch über die
Stelleitungen 512 und 513 die verschiedenen Magnetventile auf der Gasseite der Wärmequellen
beaufschlagt.
-
Die Steuereinrichtung 526 geht im einzelnen aus der Figur zwei näher
hervor: Ein Taktgenerator 1, der Impulse während Brennpausen der einzelnen oder
verschiedenen Wärmequellen liefert, ist über eine Leistung 2 mit einem Eingang 3
eines NAND-Gatters 4 verbunden. An einem weiteren Eingang 5 des NAND-Gatters 4 ist
eine Leistung 6 angeschlossen, die zu einem Verbindungspunkt 7 führt, an den sowohl
eine Leitung 8, die über einen Kesselthermostatschalter 9 der Wärmequelle 501 mit
Masse 10, als auch eine leitung 11, die über einen Widerstand 12 mit positivem Potential
13, und eine Leitung 14, die über einen weiteren Verbindungspunkt 15 und einen Inverter
16 an einen Eingang 17 eines weiteren NAND-Gatters 18 angeschlossen sind. Eine leitung
19, die vom Eingang 20 des NAND-Gatters 4 kommt, führt ebenfalls zu einem Eingang
21 des NAND-Gatters 18 und über einen Verbindungspunkt 22 zu einem Verbindungspunkt
23, der über eine Leitung 24 mit einem Eingang 25 eines UND-Gatters 26 und über
eine leitung 27 mit einem Kontakt 28 eines Umschalters 29 und über einen Widerstand
30 mit positivem Potential 13 verbunden ist.
-
Ein zweiter Eingang 31 des UND-Gatters 26 erhält seine Befehle über
eine leitung 32 von dem Verbindungspunkt 15. Ein Kontakt 33 des von einem Motor
34 betätigten Umschalters 29
ist über einen Verbindungspunkt 74
und einen Widerstand 35 mit positivem Potential 13 un über eine Leitung 76 mit einem
Eingang 37 eines NAND-Gatters 38 verbunden. Ein zweiter Eingang 39 erhält über eine
Leitung 40 Taktimpulse von einem Taktgenerator 41.
-
An die Leitung 40 ist eine Leitung 41 angeschiossen, die an einen
Eingang 42 des NAND-Gatters 18 führt. Der Motor 34 ist über eine Leitung 43 und
einen Schalter 44 mit der Phase 45 eines nicht dargestellten Wechselspannungsnetzes
verbunden.
-
Eine Impulsleitung 46 führt von einem Ausgang 47 des NAND-Gatters
18 über einen Teiler 48 zu einem Eingang 50 eines Zählers 51, der seinerseits über
Leitungen 52 einen einstelbaren Zähler 53 beeinflußt. Der Zähler 53 erhält über
einen Eingang 54 und eine Leitung 55 Impulse von einem Ausgang 56 des NAND-Gatters
38 und gibt diese Impulse abhängig vom eingestellten Teilerverhältnis über einen
Ausgang 57 an einen Eingang 58 eines NAND-Gatters 59, dessen Ausgang 60 über eine
Leitung 61 mit einem Eingang 62 eines Vor-/Rückwärtszählers 63 verbunden ist, dessen
Ausgänge 64 von Eingängen 65 eines Vergleichers 66 abgefragt werden.
-
Ein Ausgang 67 des NAND-Gatters 4 ist über eine Leitung 68 mit einem
Eingang 69 eines NAND-Gatters 70 verbunden, dessen Ausgang 71 über eine Leitung
72 einen Eingang 73 des Zählers 63 beeinflußt. Ein Ausgang 74 des Vergleichers 66
betätigt über eine Leitung 75 ein Relais 76, das an Masse 10 angeschlossen
ist,
und über eine Leitung 77, die über einen Inverter 78 führt, einen Eingang 79 des
NAND-Gatters 70 und einen Eingang 80 des NAND-Gatter 59.
-
Das Relais 76 betätigt einen Schließkontakt 81, der einerseits an
die Phase 45 und andererseits an eine Befehlsleitung 82 zum Inbetriebnehmen der
zweiten oder weiterer Wärmequellen angeschlossen ist.
-
Vom Ausgang 83 des UND-Gatters 26 führt eine Leitung 84 zu einem Eingang
85 einer monostabilen Kippstufe 86, deren Ausgang 87 über eine Leitung 88 sowohl
einen Eingang 89 des Zählers 51 als auch einen Eingang 90 des Zählers 63 beeinflußt.
-
Vom Wasserschalter 515 führt eine Schaltstange 91 zu einem Arbeitskontakt
92, der in Serie mit dem Schließer 81 liegt.
-
In Figur drei ist eine Kurve 100, die das Ausgangssignal des Zählers
63 repräsentiert, als Funktion der Zeit t dargestellt, die am Punkt 101 beginnt
und bei positiver Zählung im ansteigenden Sinne zum Punkt 102 verläuft, um von dort
bis zum Punkt 103 waagerecht zu verlaufen. Vom Punkt 103 bis zum Punkt 104 verläuft
die Kurve bei rückwärts zählendem Zähler 63 fallend, um nach einem waagerechtem
Stück ab einem Punkt 105 schlagartig in Folge Rücksetzens des Zählers 63 auf einen
Punkt 106 abzufallen. Danach ergibt sich ein erneuter Anstieg wie ab Punkt 101.
-
Figur vier zeigt eine Einschaltkurve 107 als Funktion der
Zeit
für die als Kessel ausgebildete Wärmequelle 501 einer Mehrkesselanlage, hier bestehend
aus zwei Kesseln, während die Kurve 108 eine Einschaltkurve für die auch als Kessel
gleicher Größe ausgebildete Wärmequelle 502 wiedergibt. In Figur sechs ist eine
Einschaltkurve 109 als Funktion der Zeit t für den Brauchwasserbereiter 518 dargestellt.
Der Figur sieben ist ebenfalls eine Kurve 200 als Funktion der Zeit t entnehmbar,
die ebenso wie die Kurve 100 am Punkt 201 steigend beginnt, ab Punkt 202 bis zum
Punkt 203 waagerecht verläuft, um von dort aus bis zum Punkt 204 zu fallen. Am Punkt
206 steigt die Kurve 200 wieder an. Figur acht zeigt eine Einschaltkurve 207 als
Funktion der Zeit t für die Wärmequelle 501, während in Figur neun eine Einschaltkurve
208 der Wärmequelle 502 dargestellt ist. Eine Einschaltkurve 209 gibt in Figur zehn
das Einschaltverhalten des Brauchwasserbereiters 518 wieder.
-
Die Figuren elf und zwölf zeigen den Zählerstand des Zählers 63 in
Abhängigkeit vom Teilerverhältnis des Teiler 53 und der Zeit t. Eine Vergrößerung
des Teilerverhältnisses bewirkt eine Verringerung der Steilheit des Rückwärtszählens,
ab Punkt 303, 303', 303" beziehungsweise 403, 403'und 403".
-
Die dargestellte Steuervorrichtung beziehungsweise Mehrkesselheizanlage
weist folgende Funktion auf: Während der Stillstandszeit der beiden Heizungskessel
501 beziehungsweise 502 ist der Schalter 9 geöffnet, so daß positives Potential
an den Eingang 5 des NAND-Gatters 4 gelangen kann. Gleichzeitig liegt über die Leitung
19 positives Potential (entspricht H-Potential
) am NAND-Gatter-Eingang
20. Das NAND-Gatter 4 ist also für Impulse, die vom Taktgenerator 1 kommen, geöffnet.
Diese Impulse gelangen über das NAND-Gatter 70, dessen Eingang 79 ebenfalls positives
Potential H sieht, auf den Vorwärtszähleingang 73, so daß der zugehörige Zähler
63 vorwärts zählt.
-
Es ergibt sich somit die Kurve 100, beginnend beim Punkt 101, ausgehend
vom Zählerstand eins. Da es sich um einen Digitalzähler handelt, ist die Kurve strenggenommen
eine Quasianalogkurve (der Einfachheit halber als Gerade gezeichnet). Wird bei Wärmebedarf
die Wärmequelle 501, im Vorrang vor der Wärmequelle 502 eingeschaltet, vergleiche
Figur drei, so erscheint am Eingang 5 des NAND-Gatters 4 ein L-Signal (negatives
Potential), so daß das Gatter 4 gesperrt wird. Der Zählerstand des Zählers 63 bleibt
erhalten, vergleiche Figur zwei, Punkt 102 bis 103.
-
Wenn nunmehr der Brauchwasserbereiter 518 beim Öffnen des Zapfventils
524 über den Wasserschalter 515 Wärmeenergie anfordert, so wird der zugehörige Schalter
44 geschlossen, und der Motor 34 verstellt sowohl das Dreiwege-Ventil 514 von Heizbetrieb
auf Brauchwassererwärmung als auch den Schalter 29 vom Kontakt 33 auf den Kontakt
28. Das vorher über Leitung 36 gesperrte NAND-Gatter 38 wird geöffnet, und Impulse
des Taktgenerators 41 gelangen nunmehr über den im Teilerverhältnis einstellbaren
Teiler 53 und über das NAND-Gatter 59 an den Zähler 63, der nun abwärts zählt. Die
Rückwärtszählung erfolgt deswegen, da der zwar betriebene Heizkessel 501 Wärme liefert,
nur nicht mehr an die Heizungsanlage, sondern
an den Brauchwasserbereiter.
Es ergibt.sich somit eine Kurve gemäß Figur drei. Ist der Brauchwasserbereiter genügend
aufgeheizt oder wird das Zapfventil 524 geschlossen, so öffnet der Schalter 44 und
legt den Schalter 29 wieder auf den Kontakt 33, so daß das NAND-Gatter 38 gesperrt
wird. Da keine Impulse mehr zum Zähler 63 gelangen, ergibt sich das Kurvenstück
vom Punkt 104 bis Punkt 105 in Figur zwei.
-
Wird aber nunmehr der Schalter 9 nach Erreichen der angestrebten Vorlauftemperatur
der Vorlaufleitung 503 beim Abschalten der Wärmequelle 501 geöffnet, so erscheint
am Eingang 85 der monostabilen Kippstufe 86 ein H-Signal, das auf der Ausgangsleitung
88 einen Rücksetzimpuls bewirkt, der sowohl den Zähler 51 als auch den Zähler 63
auf den Zählerstand eins zurücksetzt.
-
Wird am Punkt 203 in Figur sieben auf Brauchwasserbereitung umgeschaltet,
so zählt der Zähler 63 ebenfalls rückwärts.
-
Erreicht der Zähler 63 jedoch den Zählerstand null, so wird vom Vergleicher
66 ein Ausgangssignal über den Ausgang 74 abgegeben. Dieses Ausgangssignal bewirkt,
daß einerseits das Relais 76 betätigt und die Wärmequelle 502 eingeschaltet wird,
vergleiche Figur neun, Kurve 208. Gleichzeitig werden die NAND-Gatter 59 und 70
gesperrt, so daß keine Impulse mehr an den Zähler 63 gelangen können. Bei Beendigung
der Brauchwasserbereitung wird die Wärmequelle 502 über den Arbeitskontakt 92 abgeschaltet,
so daß nur noch der Kessel 501 die Heizkörper 521 mit Wärmeleistung versorgt.
-
Erst enn die Wärmequelle 01 abschal+et, den Kontakt 9 öffnet und.
den Zähler 53 auf eins setzt, werten die NAND-Gatter 5 und 70 wieder freigegeben.
-
Damit die Wärmequelle 502 oder die weiteren hierzu parallelliegenden
Kessel nicht unnötig eingeschaltet werden, ist der Zähler 51 vortesehen, der dafr
sorgt, daß die Steilheit der Kurve 100 vom Punkt 103 nach Punkt 104 beziehungsweise
vom Punkt 203 nach 204, 303 nach 304 und 403 nach 404 abhängig wird von der Länge
der Brennzeit des Kessels 501. Wenn der Schalter 9 des Kessels 501 geschlossen ist,
so gelangen Impulse des Taktgeneratcrs 41 über den Eingang 42 an das über die Eingänge
17 und 21 freigegebene NAND-Gatter 18 und den Teiler 48 an den Zähler 51. Der Zählerstand
des Zählers 51 beeinflußt das Teilerverhältnis des Teilers 53 derart, das sich bei
einem großen Zählerstand ein großes Teilerverhä.ltnis einstellt. Während der Brauchwasserzapfung
werden die Impulse des Taktgenerators 41 vom Teiler 53 heruntergeteilt, so daß der
Zähler 63 langsamer zählt, und zwar um so langsamer, je größer die Brennzeit der
Wärmequelle 1 vor dem Einschalten der Brauchwasserzapfung war. Dadurch ergeben sich
die unterschiedlichsten Steigungen der Kurvenbereiche 300, 400 ab Punkt 303, 303',
303", 403, 403'und 403".
-
Die Höhe des Zählerstandes des Zählers 63 während der Pausenzeit,
das heißt der Stillstandszeiten aller Wärmequellen, ist abhängig von der Länge der
Pause, eine Verlängerung der
Pause bewirkt eine Erhöhung des Zählerstandes
des Zählers 63. Somit ist ersichtlich, daß das Einschalten des Kessels 502 beziehungsweise
weiterer Kessel abhängig ist von der Pause, eine längere Pause bewirkt ein späteres
Einschalten, sowie von der Länge der Brennzeit des Kessels 501 vor der Brauchwasserzapfung,
auch hier bewirkt eine längere Brennzeit eine Verzögerung des Einschaltens, und
von der Länge der Beheizung des Brauchwasserbereiters.
-
Leerseite