-
Verfahren zum Regeln von Heizkesseln mit mehrstufigen
-
Brennern und Regeleinrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Heizkesseln mit mehrstufigen Brennern
für flüssige und gasförmige Brennstoffe und eine Regeleinrichtung mit einem Regelgerät
zur Ausführung des Verfahrens.
-
Im allgemeinen werden ein oder mehrere Heizkessel, die im gleichen
Heizraum installiert sind, mit normalen mechanischen Steuerthermostaten, sogenannten
Zweipunktreglern, ausgerüstet. Speziell bei Mehrkesselanlagen werden Kaskaden- oder
Sequenzschaltungen eingerichtet, die es erlauben, die einzelnen Heizkessel je nach
Belastung ein- und auszuschalten. Dabei überwachen z.B. vier Thermostaten die Kesseltemperaturen,
wobei vier Ressel der Heizanlage jeweils beim Absinken unter eine gewisse Temperatur
bei 900, bei 850, 800 und 750C über den Thermostaten wieder einen Kessel zusätzlich
in Betrieb setzen. Der Nachteil dieser Steuerungsart besteht darin, dass ausgerechnet
bei grösster Last bzw. grösstem Wärmebedarf der Anlage nur die niedrigste Heizkesseltemperatur
(hier 750cm zur Verfügung steht, da der vierte Kessel erst nach dem Absinken der
Kesseltemperatur auf 75 0C zugeschaltet wird. Auch elektronische Zweipunktregler
schaffen in dieser Hinsicht keine Abhilfe. Wohl ist es möglich, die Gesamttemperaturdifferenz
zwischen dem sogenannten Führungskessel und den anderen Heizkesseln zu verringern.
Doch erhöht ein Zusammenrücken der einzelnen Temperatur- und Schaltdifferenzen anderseits
die Schalthäufigkeit der Brenner.
-
Neuerdings werden stetig regelnde, elektronische Apparate eingesetzt,
die mit ihrem Pl-Verhalten eine genauere Regelung zulassen. Zusätzlich wird die
Heizkesseltemperatur gleitend in Funktion der Aussentemperatur und den Bedürfnissen
angepasst. Der Nachteil der zu hohen Heizkesseltemperatur während der Nachtabsenkung
wird mittels einer Schaltuhr, die auf eine konstant niedere Heizkesseltemperatur
umschaltet, überbrückt. Ferner ist dazu ein zweiter Aussenfühler samt Regelgerät
erforderlich, dessen "Heizkurve" keineswegs mit der des Zentralgerätes identisch
ist und deshalb zu Störungen führt.
-
Zum Stande der Technik gehört ferner eine Stellmotorsynchronlaufschalt-Einrichtung
für zwei Flammrohrbetriebe für oel- oder gasgefeuerte Ueberhitzerkessel, bei welches,
entsprechend der Last, das Zu- und Abschalten von Brennern während des Betriebes
vorgesehen ist. Dabei wird der jeweils einem Brenner zugeordnete Doppelgebermanostat
mittels Hilfsrelais durch das erste sich im Betrieb befindliche Steuergerät auf
das Verbundreglersystem des anderen Brenners geschaltet. Es steuert auf diese Weise
das Führungsgebermanostat den Synchronlauf des Stellmotors des anderen Brenners.
-
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe für eine Heizzentrale mit
mehreren Heizkesseln ein Regelverfahren und eine Regeleinrichtung zu schaffen, mit
welchen eine beliebige Anzahl von Heizkesseln und Brennern, die für mehrstufigen
Heizbetrieb eingerichtet sind, folgerichtig und somit energiesparend automatisch
betrieben werden können.
-
Diese Aufgabe kann die vorerwähnte Schalteinrichtung (DE-OS 21 41
109) nicht erfüllen.
-
Das Gleiche gilt auch von der in der FR-PS 1 346 741 erwähnten elektromotorischen
Steuerung, bei welcher eine Drehbewegung eines Rotors in eine Achsialbewegung übergeführt
wird. Auch diese Offenbarung trägt zur Lösung des vorliegenden Problems nichts bei.
-
Auch die GB-PS 972 415 veröffentlicht eine allgemeine Steuereinheit.
Der elektrische Stellantrieb gemäss der DE-AS 1 261 945 vermag zum Stande der Technik
bezüglich der vorliegenden Erfindung ebenfalls nichts beizufügen, ebensowenig wie
die entsprechende DE-AS 1 253 804.
-
In gleichem Sinne offenbart die AT-PS 238 803 eine Vorrichtung zur
Steuerung und Schaltung eines sich bewegenden Teiles, z.B. eines Hebezeuges o.dgl.,
eine Ausführung, welche mit der vorliegenden Erfindung nur die Verwendung entsprechender
Schaltelemente gemeinsam hat, im übrigen aber zur Lösung des Erfindungsgedankens
nichts herzugeben vermag. Das Gleiche gilt auch von der AT-PS 315 950.
-
In der CH-PS 473 360 ist eine Oelbrenneranlage mit mindestens zwei
Rücklaufbrennern oder mindestens zwei Gruppen von RUcklaufbrennern beschrieben.
Diese Brenner sind jedoch nicht für unterschiedliche Belastungen in dem Sinne vorgesehen,
dass sie verschiedene Brennstufen aufweisen, so dass auch diese Vorveröffentlichung
die vorliegende Erfindung nicht berührt und insbesondere auch keine Hinweise enthält,
um die gestellte Aufgabe in erfindungsgemässem Sinne zu lösen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gelöst, indem
man aus einem IST- und einem SOLL-Wert einer der Heizanlage als Regelparameter dienenden
physikalischen Grösse einen Vergleichswert bildet und aufgrund dieses Vergleichswertes
die Brennstufen vorzugsweise mechanisch schaltet.
-
Die für die Ausführung des Verfahrens vorgesehene Regeleinrichtung
ist gekennzeichnet durch einen oder mehrere, durch den Vergleichswert gesteuerten
Stellmotoren, die mindestens zum Ein- und Ausschalten von Brennstufen dienen.
-
Es ist dabei möglich, dass die Gesamtvorlauftemperatur der Kessel
über Thermostaten, die im aussentemperaturgeregelten Verbrauchervorlauf nach der
Mischstation eingebaut sind, in Temperatur-Schaltstufen unterteilt ist.
-
Dies wird dadurch erreicht, dass Schaltmittel, z.B. Endschalter, vorgesehen
sind, um an jedem Thermostaten im Verbrauchervorlauf bei vorgegebenen Temperaturen
am Regelgerät elektrische Widerstände zu- und abzuschalten, und den SOLL-Wert für
die Gesamtkesselvorlauftemperatur zu verändern.
-
Dies hat den Vorteil, dass ein einziger Aussenfühler für die ganze
Heizungsanlage benötigt wird, da die Stufen-Vorlaufregelung indirekt über den Verbraucher-
oder Sekundärvorlauf vorgenommen wird. Deshalb ist auch eine zusätzliche Schaltuhr,
die bei beginnender Nachtabsenkung die Aussentemperaturabhängigkeit unterbricht
sowie ein genaues Angleichen der beiden Heizkurven nicht notwendig. Diese Regeleinrichtung
gewährleistet einen vollautomatischen Betrieb der Heizungsanlage mit einem geringstmöglichen
Aufwand an elektrischen Schalt- und Regelelementen.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung hervor.
-
Es zeigen: Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltschema einer Regeleinrichtung
gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine Einzelheit aus der Schaltanlage für die Stufenschaltung
der Brenner, Fig. 3 eine Variante zur Ausführung gemäss Fig. 2.
-
Ein an sich bekanntes Regelgerät 1 mit Pl-Verhalten gibt seine Steuerimpulse
an einen elektrischen Stellmotor 2, der schrittweise oder permanent, unter Umständen
bis zu den jeweiligen Endschaltern (nicht dargestellt), eine Links-oder Rechtsdrehung
ausführt. Dies hat zur Folge, dass Schaltmittel 3 mittels einer Gewindespindel 4
in eine Längsbewegung versetzt werden und dadurch, entsprechend ihrer jeweiligen
Lage, über Nockenschalter 5, 6, 7, 8, 9 Steuerstromkreise von Brennern bzw. Brennstufen
schliessen. Die Nockenschalter 5, 6, 8, 9 können somit einzelne Stufen von Brennern
einschalten sowie zusätzlich einen Schalter 7, beispielsweise eine Drosselklappe
im Wasserkreislauf, zum Zu- und Abschalten des zweiten Heizkessels.
-
Vorzugsweise werden bei der Vorwärtsbewegung der Schaltmittel 3 die
einzelnen Brennstufen eingeschaltet und bei der entgegengesetzten Bewegungsrichtung
ausgeschaltet.
-
Die für ein PX-Verhalten des Regelgerätes 1 notwendigen Messgrössen
liefern einerseits einen Gesamtvorlauffühler 10 (vorder Mischstation) und Widerstände
15, 18, 19, welche fUr Spannungsänderungen über Relais 13, 16 parallel geschaltet
werden können und somit vorbestimmte SOLL-Werte am Regelgerät 1 einstellen.
-
An einem Beispiel werden die Funktionen der einzelnen Komponenten
erklärt: Der mittels Widerständenl5, 18, 19 gebildete wSOLL-Wert" wird mit dem am
Gesamtvorlauffühler 10 gemessenen IST-Wert verglichen und bei Unter- oder Ueberschreiten
der Stellmotor 2 in eine Links- bzw. Rechtsdrehung versetzt. Bei Unterschreitung
des SOLL-Wertes werden die Schaltmittel 3 nach links in Richtung Nockenschalter
5 bewegt. Nach dessen Schalten wird die erste Stufe eines Brenners eingeschaltet.
Bewirkt nun die dem Gesamtvorlauf zugeführte Wärmemenge bzw. die Temperaturerhöhung
des Heizmediums, gemessen am Gesamtvorlauffühler 10, nicht eine Aenderung des Stellbefehls
und ein Stillsetzen des Stellmotors 2, dann wird nach einer durch die Drehgeschwindigkeit
des Stellmotors 2 bestimmten Zeit durch den nun geschalteten Nockenschalter 6 die
zweite Stufe des Brenners eingeschaltet. Ist danach immer noch eine Temperaturdifferenz
vorhanden, dann bewirkt der dann betätigte Nockenschalter 7 ein Oeffnen der Drosselklappe
des Wassersystems zum zweiten Kessel, und der Schalter 8 setzt die erste Stufe des
zweiten Brenners in Betrieb. Um je nach der Wärmebelastung der Heizungsanlage ein
stetes Pendeln der Drosselklappe zu vermeiden, schaltet der Schalter 6 die zweite
Stufe des ersten Kessels ab. Dadurch wird erreicht, dass der Stellmotor 2 unvermindert
weiterdreht und die notwendige Strecke für das Pendeln zwischen erster Stufe des
zweiten Kessels und der zweiten Stufe des ersten Kessels schafft. Nach einer
vorbestimmten
Strecke der Bahn (Zeit) wird dann die zweite Stufe des ersten Kessels durch den
Nockenschalter 6 wieder zugeschaltet. Ist nun der gemessene IST-Wert am Gesamtvorlauffühler
10 gleich dem geforderten SOLL-Wert, d.h. sind Wärmeerzeugung und Wärmebedarf nahezu
gleich, dann stoppt der Stellmotor 2 seine Drehbewegung.
-
Die erwähnte vorbestimmte Strecke (Zeit) wird dadurch erreicht, dass
die Schaltbahn des Nockenschalters eine vorbestimmte Strecke unterbrochen ist. Dasselbe
gilt analog auch für Anlagen mit mehr als zwei Wärmeerzeugern.
-
Dadurch wird beim Zurückbewegen der Regelebene, also beim Ueberschreiten
des SOLL-Wertes, bei welchem die einzelnen Brennstufen abgeschaltet werden sollen,
die zweite Brennstufe des ersten Wärmeerzeugers nochmals eingeschaltet.
-
Unter den vorerwähnten Voraussetzungen (zweite Brennstufe schaltet
wieder ein, obwohl der SOLL-Wert überschritten ist) erfolgt eine zusätzliche Wärmeerzeugung,
die nicht erwünscht ist. Zwar minimisiert die ansteigende Drehgeschwindigkeit des
elektronisch gesteuerten Motors diese Ueberproduktion an Wärme, doch kann die sich
dadurch ergebende momentan hohe Kesseltemperatur unter Umständen eine Störschaltung
verursachen.
-
Dieser unerwünschte Zustand wird mit Sicherheit dadurch verhindert,
dass erfindungsgemäss eine zusätzliche Vorrichtung angeordnet wird, die in Verbindung
mit den sich rückwärtsbewegenden Schaltmittel 3 den Steuerstrom des Nockenschalters
6 unterbricht und dadurch ein Einschalten der zweiten Brennstufe des ersten Wärmeerzeugers
solange verhindert, als die Bewegung in dieser Rückzugs-Richtung andauert.
-
Die Wirkungsweise dieser Zusatzeinrichtung ist folgende; Bei der Vorwärtsbewegung
der Schaltmittel 3 (nach links in Fig. 1) schaltet unter anderem auch der Nockenschalter
6 mittels seiner Schaltbahn 29 ein (Fig. 2). Die an der Befestigungsplatte für die
Nockenschalter 26 justierte an einem Distanzbügel 25 angeordnete Schaltrolle 23
und der als Unterbrecher dienende Nockenschalter 26 mit Befestigungsbügeln27 sind
bei dieser Bewegungsrichtung ausser Funktion. Aendert nun diese Richtung, wird die
Schaltrolle 23 durch die auftretende Reibung an den Schaltmitteln3 im Schlitz 24
des Distanzbügels 25 gegen die Unterbrecherrolle 28 hin bewegt und drückt deren
Distanzbügel gegen den Schaltkontakt des Nockenschalters 26 (Fig. 2). Damit ist
der Stromkreis unterbrochen und der in Serie geschaltete Nockenschalter 6 kann die
zugehörige Brennstufe nicht schalten.
-
Eine Variante einer derartigen Schaltvorrichtung zeigt Fig. 3. Ein
Keil 33 einer Vorrichtung 31, befestigt an einem Distanzbügel 34, bewegt sich nach
Massgabe des Schlitzes 36 bei der Bewegung der Schaltmittel 3 nach rechts auf die
Unterbrecherrolle 28 zu und hebt diese an. Dadurch wird der Schaltkontakt des Nockenschalters
26 betätigt und der Stromkreis unterbrochen.
-
Bei steigendem Wärmebedarf können analog der beschriebenen Betriebsweise
noch weitere Brennstufen zugeschaltet werden.
-
Sinkt der Wärmebedarf, bewirkt die Umkehrung der Drehrichtung des
Stellmotors 2 ein Abschalten der einzelnen Brennstufen und das Schliessen der Drosselklappen
in umgekehrter Reihenfolge.
-
Bei der morgendlichen Wiederaufheizung der Anlage (nach erfolgter
Nachtabsenkung) wird trotz eingeschalteter Anlag-ebeimischpumpe (Mischstation) der
Kesselrücklauf in der Regel tiefer als 600C in die Kessel strömen. Man mildert diesen
Umstand mit einer Kesselvorrangschaltung dergestalt, dass durch einen Rücklaufthermostaten
kurzzeitig die Regelfunktion des Mischventils ausser Funktion gesetzt und somit
das Kesselwasser schneller aufgeheizt wird (Kurzschliessen des Verbrauchers); denn
je höher die Kesselvorlauftemperaturen sind, desto besser ist die Mischleistung
der Beimischpumpe und desto höher auch der Kessel rücklauf.
-
Dieser Vorgang wird erfindungsgemäss noch beschleunigt, weil bei Unterschreitung
einer vorbestimmten Kesselrücklauftemperatur der Thermostat 12 ein Relais 11 schaltet,
welches den Stromkreis vom Gesamtvorlauffühler 10 unterbricht. Dadurch wird über
das Regelgerät 1 der Stellmotor 2 zu einer permanenten Drehbewegung veranlasst,
die mittels der Schaltmittel 3 solange Brennstufen zuschaltet, bis die geforderte
Kesselrücklauftemperatur erreicht ist.
-
Sollte bei diesem Vorgang der Vorlauf an den in Betrieb stehenden
Xesseln über 900C ansteigen, werden die am Kesselvorlauf direkt montierten Wächter-
bzw. Sicherheitsthermostaten den oder die Brenner (nicht dargestellt) abschalten.
-
Die Schaltanlage mit Stellmotor 2 und Schaltbahn 29 ist so konzipiert,
dass die Schaltfolge von Nockenschaltern und Klappen etc. mit steigender Grösse
des Vergleichswertes steigt.
-
Eine stufenweise Aenderung der Kesselvorlauftemperatur wird durch
das Zu- oder Abschalten der einzelnen Widerstände 15, 18, 19 erreicht, indem die
Vorlauftemperatur der Anlage nach dem Mischer buRadiatorentemperatur) als Führungsgrösse
benutzt wird. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Aussenfühler und ein Zentralgerät,
an welchem die Heizkurve eingestellt werden kann, notwendig sInd. Herrscht z.B.
eine Aussentemperatur von +10 0C, dann ist bei einer Radiatorenheizung eine Verbraucher-0
vorlauftemperatur von ca. 45 C notwendig, um die zu beheizenden Räume auf eine Temperatur
von 200C zu bringen. Unter Berücksichtigung einer kombinierten Warmwasserbereitung
ist 0 dann eine Resselvorlauftemperatur von ca. 70 C aussreichend.
-
In diesem Falle werden die beiden Relais 13, 16 über Thermostaten
14, 17 geschlossen, und der Gesamtwiderstand, der den SOLL-Wert beeinflusst, am
kleinsten. Er entspricht somit der niedrigsten vorbestimmten Kesselvorlauftemperatur
(bei Verwendung eines NTC-Messfühlers).
-
Bei einer Aussentemperatur von +20C wird durch den Heizungsmischer
eine Verbrauchervorlauftemperatur von ca.
-
0 68 C verlangt. Der auf diese Temperatur eingestellte Thermostat
14 öffnet und unterbricht durch das Relais 13 die Wirkung des Widerstandes 15. Dadurch
ändert sich der Gesamtwiderstand und somit auch der SOLL-Wert der Kesselvorlauf-0
temperatur, welcher jetzt beispielsweise auf 80 C angehoben wird. In gleicher Weise
kann die nächste Temperaturstufe 0 von ca. 90 C eingeschaltet werden, indem der
Thermostat 17 auf eine Temperatur von ca. 77 0C eingestellt wird, was einer Aussen
temperatur von ca. -5 0C entspricht. In normalen Wasserheizungen sollte eine Unterteilung
in drei Temperaturstufen ausreichen. Sie kann jedoch jederzeit erhöht werden.
-
Dieses Verfahren, welches das Einschalten der erforderlichen Temperaturstufen
über den Verbrauchervorlauf bewirkt, erlaubt einen äusserst sparsamen Heizbetrieb;
denn es kompensiert in idealer Weise jede Ueberdimensionierung der Gesamtanlage.
Sobald die Heizkurve im Zentralgerät der Aussensteuerung definitiv auf den wirklichen
Wärmebedarf des oder der zu beheizenden Gebäude eingestellt ist, wird die Wärmeerzeugungsanlage
immer nur mit der notwendigen Kesseltemperatur betrieben, die es erlaubt, die Mischeinrichtung
funktionstüchtig zu halten. Die Abstrahlungs-und zum-Teil die Abgasverluste der
Wärmeerzeugungsanlage können erheblich gesenkt werden. Ferner wird sichergestellt,
dass, unabhängig davon, welche Anzahl Xessel bzw.
-
Brennstufen zugeschaltet werden können, die Gesamtkessel-Vorlauftemperatur
mit steigendem Wärmebedarf konstant bleibt oder, wenn es die Anlage erfordert, ansteigt.