DE3143711A1

DE3143711A1 - Leistungsregelung fuer eine gasheizung

Info

Publication number: DE3143711A1
Application number: DE19813143711
Authority: DE
Inventors: Roger 67580 Mertzwiller Sonderegger
Original assignee: DIETRICH SOC D; De Dietrich et Cie SA
Current assignee: DIETRICH SOC D; De Dietrich et Cie SA
Priority date: 1980-11-05
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1982-06-24
Also published as: FR2511480A1; FR2511480B1

Description

Societe de Dietrich

FR-67110 Niederbronn-Les-Bains

Leistungsregelung für eine Gasheizung

Die Erfindung betrifft eine Leistungsfolgesteuerung für Gasheizungskessel.

Der rasche Anstieg der Energiekosten hatdazu ge-j führt, daß-die_Benutzer durch eine bessere.Anwendung und durch Reduzierung ihres Bedarfes sparen.

die. Heizung betrifft, so hat die. Verbesserung, eier Isolation, bei der Konstruktion eine, wesentliche Reduzierung^d^r. Leistung der Zentralheizungskessel mit sich gebracht.

Die Bemühungen..um· die Isolation drücken sich in. der ,

die gleiche Wohnfläche auf die Hälfte reduziert ist.

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Andererseits hat sich der Bedarf an sanitärem Warmwasser kaum geändert, nachdem er stark von der Qualität der Hygiene, der Haushaltseinrichtung und dem bei modernen Menschen insbesondere beim Städter mehr und mehr angehobenen Komfort abhängt.

Der Bedarf an Warmwasser bleibt vollkommen gleich, steigt sogar, und die von einem Kessel für Schnellproduktion geforderte Leistung hat sich nicht verändert.

Die für die Heizung von Sanitärwasser erforderliche Leistung hängt vom gewünschten Komfortniveau ab.

Eine Überschlagsrechnung zeigt, daß bei der Schnellerhitzung die Höhen dieser Leistung nicht unter 24 KW gesenkt werden kann. Diese Leistung braucht man ganz einfach um eine Menge von 10 l/min, auf 33° oder eine Menge von 6,7 l/min, auf 50° zu erwärmen.

Die Leistung eines Kessels hängt hauptsächlich von seinen allgemeinen Konzeptionskennziffern und von der Leistung seines Brenners ab.

Die Berechnung der allgemeinen Kennziffern eines Kessels richtet sich nach der Notwendigkeit, den besten Wirkungsgrad bei Nennleistung zu erhalten.

Man fügt dann einen Brenner mit dazu passender Leistung hinzu.

Die Leistung eines Kessels hängt also hauptsächlich von seinen allgemeinen Konzeptionskennziffern und von der

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Leistung seines Brenners ab.

Daher kann man den zum optimalen Wirkungsgrad passenden Arbeitspunkt für einen gegebenen Kesseltyp, nicht gleichzeitig für zwei sehr verschiedenen Leistungen (etwa für einfache bis zur doppelten) finden.

Darüberhinaus ist es undenkbar, kombinierte Kessel mit einem zweiten Feuerungsraum oder einer zweiten Brenneranordnung mit schwächerer Leistung auszurüsten wegen seiner Auswirkung auf den Preis.

Bei Gaskesseln könnte man nicht einfach die Hälfte der Brenner betreiben ohne in einen schlechten Wirkungsgradbereich zu kommen.

Im Fall der Heizleistungen und bei schnell verfügbarem Warmwasser arbeitet der Wärmeerzeuger immer bei seiner Nennleistung, also bei dem vom Konstrukteur vorgesehenen optimalen Wirkungsgrad.

Eine einfache Prioritätsyorrichtung unterbricht die Heizung oder schaltet sie nicht ein während der Entnahme von Sanitärwasser, welches volle Leistung zu seiner Erhitzung erfordert.

Die gegenwärtigen doppelt wirkenden Heizkessel verfügen über eine Nennleistung die von dem Bedarf von Sanitärwarmwasser bestimmt wird.

Diese Leistung überschreitet die Installationswerte für die Heizung einer thermisch isolierten Wohnanlage.

Uni diese zwei Forderungen zu erfüllen müssen die doppelt wirkenden Heizkessel über eine Leistungsregelung verfügen, welche die Wärmezufuhr an den geringsten Bedarf der Heizungsanlage anpasst unter Beibehaltung der Verfügbarkeit der vollen Leistung zur Erzeugung von Sanitärwarmwasser.

Die vorliegende Erfindung soll auf einfache Weise die Heizleistung anpassen unter Beibehaltung der Volleistung zu Schnellbereitung von Sanitärwarmwasser.

Tatsächlich wird die Heizleistung stufenweise nach einem Häufigkeitszyklus von konstanter oder variabler Folge moduliert^, wodurch die Heizkesselstillstandszeiten optimiert werden.

Ein anderer Zweck der Erfindung ist es, die Arbeitsweise des Heizkessels von den Änderungen eines klimatischen Parameters abhängig zu machen, sei es für Heizung allein oder als Heizkessel zu Sanitärwarmwasserbereitung, durch Anpassung der mittleren Leistung in Abhängigkeit vom Wärmebedarf, der sich aus den Änderungen eines durch eine Außensonde aufgenommenen und weitergeleiteten klimatischen Parameters ergibt.

In dieser Absicht ist die Erfindung in sofern bemerkentswert, als der Funktionsablauf von der Folgestörung eines Schiebers die volle Leistung abhängt, der in einer Abzweigleitung mit einem Schieber für minimalen Durchfluß verbunden ist, der seinerseits mit einer Außensonde in Verbindung ist und/oder mit einem beliebigen anderen

Meßfühler, der die Änderung irgendeines die Führung des Heizkessels interessierenden Parameters weiterleitet.

Die Erfindung läßt sich nicht nur bei doppelt wirkenden Heizkesseln anwenden, sondern auch bei allen gasbeheizten Kesseln, denn sie erlaubt:

. Die wirklich notwendige Leistung eines Heizkessels an verschiedene Bedingungen und verschiedenem Leistungsbedarf .anzupassen,

. die automatische Modulierung dieser Leistung durch Nachregelung seiner Funktionssteuerung an die Variation der äußeren klimatischen Bedingungen.

Die erfindungsgemäße Steuerung garantiert einen optimalen Verbrauch des gasförmigen Brennstoffes durch die vollkommene Abstimmung der Leistung und der Betriebszeit auf den plötzlichen Bedarf. Diese Anpassung wurde vorgenommen, um die Ausnutzung der Installation beim Betrieb eines Heizkessels zu optimieren, in dem die Stillstandszei.-ten reduziert werden, die sich im Fall eines doppelt wirkenden Heizkessels ergeben, wenn die Nennleistung den Bedarf der Heizungsinstallation überschreitet.

Sie erlaubt es auch einen Heizkessel mit komfortabler Leistung zu wählen, ohne daß er mehr verbraucht als es der strikte Heizungsbedarf erfordert.

Andere technische Daten und Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung am Beispiel einer erfindungsge-

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mäßen Ausführungsform anhand der Zeichnungen hervor. Es zeigt:

Fig. 1: schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Leistungsfolgesteuerung;

Fig. 2: eine graphische Darstellung der Betriebsweise der Leistungen in Abhängigkeit von der Zeit, wobei Pn die Nennleistung und t die Zeit bezeichnen.

Die erfindungsgemäße Leistungsfolgesteuerung setzt sich aus einer Gruppe von Schiebern im Zuführungskreislauf zusammen wie sie in der beigefügten Figur zwischen einem Gasbrenner 1 unter der Zuführleitung 2 nach dem Zähler dargestellt sind. Ein Schieber mit reduziertem Durchsatz 4 mit einstellbarer Menge schreibt dem Kessel einen Betrieb mit reduziertem Durchsatz vor. Dieser vom Konstrukteur vorgeregelte oder bei der Inbetriebsetzung der Anlage vom Installateur eingestellte reduzierte Durchsatz stimmt mit dem minimalen Bedarf der Anlage überein.

Der Durchsatz dieses Schiebers könnte so geregelt werden, daß ein Betrieb bei verminderter Leistung sicher gestellt wird, bei einem Wert z.B. zwischen 20?ό und 40So der Nennleistung.

Dieser Schieber mit vermindertem Durchsatz wird durch einen zweiten Schieber 5 für Volleästung komplettiert, der in einer Umgehungsleitung zum ersten Schieber oder umgekehrt montiert ist.

Der Voileistungsschieber wird von einer elektromechanischen oder elektronischen Folgeschalteinrichtung 6 über Informationen_/die von einer Steuereinheit 7 kommen^folgegesteuert, die auf einen oder mehrere innere oder äußere klimatische Parameter reagiert, z.B. Zimmertemperatur von einem Raumthermostat 8,Außentemperatur von einer Außensonde 9, Temperatur des Heizungswassers von einer Sonde am Ausgang der Heizung 10 usw. Die Steuereinheit läßt sich im einfachsten Fall auf den Raumthermostat 8 oder auf die Steuerung 11 der Temperaturregelung für das Wasser im Heizkessel reduzieren.

Ein Verbindungsglied 12 als Element oder Schaltung zur Verzögerung bringt für die Öffnung zwischen dem Schieber für die Volleistung und dem Schieber für reduzierten Durchsatz eine Verzögerung. Die Steuereinheit 7 stellt mit der Folgeschaltung 6 einen vollautomatischen Betrieb des Heizkessels sicher. Sie umfasst gleichzeitig Elemente 13 und 14 der Steuerung und der Handregelung für die Kenngrößen des Folgeschaltungsbetriebes: bezüglich Frequenz, Amplitude und Zyklusverhältnis.

Es können selbstverständlich noch andere Steuerungen hinzukommen wie etwa zeitliche Programmierung.... und, ganz allgemein, alle die im Heizungswesen vorkommen.

Abgesehen von der Programmierung 9ind die Steuerungen oder Regelungselemente größtenteils den Betreibern nicht zugänglich. Tatsächlich wird die optimale Betriebsweise vom Installateur in Abhängigkeit von den Installationsdaten bei der Inbetriebnahme festgelegt und einxeguliert.

• 41.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung basiert die Folgesteuerung auf der Verhinderung des Zyklusverhältnisses. Anders ausgedrückt, die elektronische Steuereinrichtung bietet die Möglichkeit, das Verhältnis der Betriebszeit zur Gesamtzeit von 0 bis .1 zu variieren.

Die effektive Leistung oder in diesem Falle die mittlere Leistung wird gleichgroß wie die Minimalleistung, welche durch den Durchfluß in dem Schieber reduziertem Durchsatz gegeben ist plus einem Wert, der gleich der durch das Zyklusverhältnis ausgeglichenen Nennleistung ist.

So kann man z.B. bei einer Nennleistung durch Pn von 24 KW und einer Regelung für reduzierten Durchsatz, die eine gleichmäßige Leistung von 0,3 χ Pn (30?ό der Nennleistung) bringt, bei einem zyklischem Verhältnis von 0,5 eine effektive Gesamtleistung von 7,2 + 8,4 = 15,6 kW erhalten.

Das zyklische Verhältnis wird in Abhängigkeit der Kennwerte des zu installierenden Kessels gewählt, wobei, man vorjallem seine Anlaufzeit berücksichtigt. Die Größe dieses Verhältnisses wird nach unten durch einen Wert beschränkt, der außergewöhnliche Schieberbetätigungen beim öffnen und Schließen mit sich bringt.

Es scheint, daß die minimale Öffnungszeit eines Schiebers auf 30 Sekunden beschränkt werden muß. Die Wahl einer Periode von 5 Minuten erlaubt also ein minimales zyklisches Verhältnis von 0,1 und mit einer Nennleistung von 24 kW die Verwirklichung einer laufenden Änderung

der Leistung zwischen 8,88 kW und 24 kW wobei man ganz einfach das zyklische Verhältnis modifiziert.

Um genau in Anwendungsfällen einen möglichst ruhigen Betrieb sicher zu stellen, wird man sich für einen Folgeschalter 6 mit automatischem Rückgang auf 0 und für Betrieb bei verschiedenen Stellungen entscheiden, damit jeder Wärmebedarf sich zuerst auf den Minimalschieber auswirkt, worauf dann nach Bedarf die öffnung des Schiebers für Volleistung folgt.

Das erlaubt unter allen Gegebenheiten ein leises Zünden des Brenners bei der schwächsten Leistung.

Aus dem selben Grund wird man die direkte Zunahme bei voller Leistung so durchführen, daß man die Öffnung des Volleistungsschiebers leicht verzögert in Bezug auf den Schieber für den Minimaldurchsatz.

Die graphische Darstellung in Fig. 2 stellt den Folgeschaltbetrieb dar, wobei die Perioden mit T bezeichnet sind.

Die unteren ausgezogenen strichpunktierten und gestrichelten Linienzüge stellen die Leistungen bei reduziertem Durchsatz dar. Die Laufzeiten bei voller« Leistung sind mit 91^ 9,2... bezeichnet.

Zu jedem Grundwert kommt als Modulation ganz oder gar nicht die Ergänzung der Leistung bis zur Nennleistung

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Pn gemäß dem nach dem Wärmebedarf variablen zyklischen Verhältnis hinzu.

Alles geht so vor sich, wie wenn man die Leistung in der Impulsbreite moduliert, ausgehend von einer Schwelle die durch den reduzierten Durchsatz gegeben ist.

Es ist nach rechts eine Zeit für den Betrieb des Brenners bei voller Leistung dargestellt.

Es ist aus der Graphik auch die Verschiebung für die öffnung des Schiebers für volle Leistung sehen.

Die Erfindung wurde oben im Detail beschrieben. Selbstverständlich würden verschiedene einfache Modifikationen, Vertauschungen durch gleichwertige Elemente und direkte Varianten innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindungsdefinierung bleiben.

Claims

Patentansprüche:

1))Leistungssteuerung für einen Gasheizkessel durch Einwirkung auf das brennbare Medium über eine Schieberkombination zwischen dem Zähler und dem Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsablauf aus der Folgeschaltung eines Schiebers für Volleistung (5) resultiert, der mit einem Schieber für reduzierten Durchfluß (4) kombiniert ist«

2) Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volleistungsschiaber (5) in einer Zweigleitung auf dem Schieber für reduzierten Durchfluß (4) montiert ist.

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3) Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volleistungsschieber (5) entweder ganz offen oder geschlossen betrieben wird.

4) Leistungssteuerung nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gek en η zeichnet, daß der Schieber für reduzierten Durchfluß (4) auf einen festgesetzten Durchfluß einreguliert ist, der der Teilmenge der Nennleistung entspricht.

5) Leistungssteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Volleistungsschieber (5) über einen elektromechanischen oder elektronischen Folgeschalter (6) gesteuert wird^auf der Grundlage von Informationen, die von einer Steuerungseinheit (7) geliefert werden.

6) Leistungssteuerung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (7) mit einer Außensonde (9) und/oder verschiedenen Meßwertgebern,wie etwa Raumthermostat (8) oder einer Sonde für die Ausgangstemperatur der Heizung (1O)₅ verbunden ist.

7) Leistungssteuerung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (7) der Raumthermostat (8) oder Thermostat der Wassertemperatur des Heizkessels ist.

8) Leistungssteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf der Schaltung mit der Schließzeit des Volleistungsschiebers beginnt, mit automatischer Steuerung zum Schließen am Ende des Zykluses.

9) Leistungssteuerung nach den Ansprüchen 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koordinierungselement (12) beim Einschalten des Heizkessels eine Verzögerung bewirkt zwischen dem Schieber für reduzierten Durchfluß, der sich zuerst öffnet, und dem Volleistungsschieber.