DE3202168A1 - Regulating device for a hot-water central heating system - Google Patents
Regulating device for a hot-water central heating systemInfo
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Abstract
Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenSIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark
Berlin und München VPA 82 P 4402 DEBerlin and Munich VPA 82 P 4402 DE
Regeleinrichtung für eine Warmwasser-ZentralheizungControl device for hot water central heating
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.The invention relates to a control device for a hot water central heating system in the preamble of the claim 1 specified Art.
Bei bekannten Heizungsregelungen wird die Vorlauftemperatur
des Wassers als Wärmeträger im Verbraucherkreis gemessen
und als Regelgröße dem Regler aufgeschaltet. Die Führungsgröße
wird von Hand eingestellt oder abhängig von der Außentemperatur geführt. Die nichtlineare Abhängigkeit Außentemperatur/Vorlauftemperatur
wird durch eine Schar von "Heizkurven" dargestellt. Die vom Betreiber vorzunehmende
Einstellung der optimalen Heizkurve bzw. ihre Anpassung an die Gegebenheiten im Verbraucherkreis ist langwierig,
schwierig oder oft gar nicht möglich. Eine Rückmeldung oder Aufschaltung der Raumtemperaturen fehlt, so daß man
bezüglich der Raumtemperatur nur von einer Steuerung sprechen kann.
Die Raumtemperaturen in den einzelnen Räumen werden entweder durch ein auf das oder die Heizkörperventile wirkendes
Regelgerät mit Sollwertsteller, Temperaturfühler und Regler oder durch die weitverbreiteten thermostatischen
Heizkörperventile, die meistens einen Dehnstoffregler enthalten,
eingestellt.In known heating controls, the flow temperature of the water is measured as a heat transfer medium in the consumer circuit and connected to the controller as a control variable. The reference variable is set manually or based on the outside temperature. The non-linear relationship between the outside temperature and the flow temperature is represented by a family of "heating curves". The setting of the optimal heating curve to be carried out by the operator or its adaptation to the conditions in the consumer circuit is lengthy, difficult or often not possible at all. There is no feedback or connection of the room temperatures, so that one can only speak of a controller with regard to the room temperature.
The room temperatures in the individual rooms are set either by a control device with setpoint adjuster, temperature sensor and controller acting on the radiator valve (s) or by the widespread thermostatic radiator valves, which usually contain an expansion regulator.
Die thermostatischen Heizkörperventile sind proportional wirkende Regler und können die Raumtemperatur wegen der bleibenden Regelabweichung in der Größenordnung von 2 bis 6 K nur ungenau auf den gewünschten Temperaturwert einregeln.The thermostatic radiator valves are proportional regulators and can adjust the room temperature because of the permanent control deviation in the order of magnitude of 2 to 6 K only imprecisely on the desired temperature value adjust.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung zu schaffen, bei der dieThere is therefore the task of creating a control device for hot water central heating in which the
Sp 4 Sei / 21.01.1982Sp 4 Sci / January 21, 1982
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schwierige und langwierige Anpassung des außentemperaturgeführten Vorlauftemperaturreglers entfällt und die Raumtemperaturregelung mit thermostatischen Heizkörperventilen hinsichtlich ihrer Regelgenauigkeit verbessert wird. 5Difficult and lengthy adjustment of the outside temperature-dependent flow temperature controller is no longer necessary, and room temperature control is no longer necessary with thermostatic radiator valves is improved in terms of their control accuracy. 5
Eine Lösung der Aufgabe bei einer Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgrößen des Reglers der Durchfluß des Wärmeträgers im Verbraucherkreis als Istwert und ein einstellbarer Durchflußsollwert sind.A solution to the problem with a control device from im The preamble of claim 1 is characterized in that the input variables of the controller of the Flow of the heat transfer medium in the consumer circuit as an actual value and are an adjustable flow rate setpoint.
Die Stellgröße dieser Regelung ist die Vorlauftemperatur, die Regelgröße jedoch der Durchfluß im Verbraucherkreislauf. Das Stellsignal des Durchflußreglers wirkt entweder auf das Stellglied für die Energiezufuhr der Wärmequelle, die beispielsweise ein öl- oder gasbefeuerter Heizkessel oder die Übergabestation bzw. der Wärmetauscher einer Fernwärmeversorgung sein kann, oder auf ein Mischventil, das in bekannter Weise den Anteil des höhererhitzten Wärmeträgers in dem vom Kesselkreislauf getrennten Verbraucherkreislauf zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Vorlauftemperatur einstellt.The manipulated variable of this control is the flow temperature, the controlled variable, however, is the flow in the consumer circuit. The control signal of the flow controller acts either on the actuator for the energy supply of the heat source, which is for example an oil- or gas-fired boiler or the transfer station or the heat exchanger of a district heating supply, or on a mixing valve that in a known manner the proportion of the higher heated heat transfer medium in the consumer circuit that is separate from the boiler circuit to maintain a specified flow temperature.
Das Wirkungsprinzip ist folgendes: Sinkt die Raumtemperatur in einzelnen Räumen, beispielsweise infolge abnehmender Außentemperatur, so werden über die Rauratemperaturregler die Heizkörperventile geöffnet, und der Durchfluß im Verbraucherkreislauf erhöht sich infolge der verringerten Drosselwirkung der Heizkörperventile. Der Regler wirkt der Durchflußerhöhung entgegen, indem er die Energiezufuhr in den Verbraucherkreislauf erhöht, entweder durch Erhöhen der Temperatur der Wärmequelle oder durch Verstellen des Mischventils in Richtung auf Erhöhung des Anteils an höhertemperiertem Warmwasser aus der Wärmequelle, bis die Raumtemperaturregler die Heizkörperventile in Schließrichtung verstellen und die Regeldifferenz des Durchflusses im Verbraucherkreislauf wieder gegen Null geht. Die Regelung arbeitet empfindlich und schnell, so daß die therrnostatischen Heizkörperventile in einem besonders günstigen Ar-The operating principle is as follows: If the room temperature falls in individual rooms, for example as a result of falling Outside temperature, the radiator valves are opened via the room temperature controller, and the flow in the consumer circuit increases due to the reduced throttling effect of the radiator valves. The regulator acts to increase the flow rate counter by increasing the energy supply in the consumer circuit, either by increasing the Temperature of the heat source or by adjusting the mixing valve in the direction of increasing the proportion of higher temperature Hot water from the heat source until the room temperature controller adjusts the radiator valves in the closing direction and the control difference of the flow in the consumer circuit goes back to zero. The regulation works sensitively and quickly, so that the thermostatic Radiator valves in a particularly favorable
-Tf- VPA 82 P 4402 DE -Tf- VPA 82 P 4402 DE
beitspunkt ihrer Kennlinie betrieben werden können und somit die Raumtemperaturregelung verbessert wird. Ein weiterer und wesentlicher Vorteil ist noch darin zu sehen, daß die Notwendigkeit einer Führung über die Außentemperatur und die Auswahl einer anlagerspezifischen Heizkurve entfällt, die Regelung also geräte- wie auch betriebsmäßig erheblich vereinfacht wird.can be operated at the point of their characteristic curve and thus the room temperature control is improved. Another and essential advantage can be seen in that the need for guidance on the outside temperature and the selection of a system-specific heating curve not applicable, so the control is considerably simplified in terms of device and operation.
Wird als Umwälzpumpe eine Pumpe vom Verdrängertyp mit konstanter Fördermenge verwendet, so können in einer anderen Ausführungsform der Regeleinrichtung bei gleichem Wirkungsprinzip die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufzweig als Istwert und ein Druckdifferenzsollwert dem Regler als Eingangsgrößen aufgeschaltet werden.Used as a circulation pump, a positive displacement pump with constant Flow rate used, so in another embodiment of the control device with the same operating principle, the pressure difference between the flow and return branches as an actual value and a pressure differential setpoint to the controller can be switched on as input variables.
Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich in Verbindung mit den Ansprüchen aus den nachstehend beschriebenen und in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the subject of the application emerge in connection with the claims from the following Embodiments described and shown in FIGS. 1 to 3.
Figur 1 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Mischventil zwischen Kessel- und Verbraucherkreislauf, Figur 2 eine andere Ausführungsform mit Reglereingriff in die Energiezufuhr des Heizkessels und Figur 3 eine weitere Ausführungsform mit einer Umwälzpumpe vom Verdrängertyp.Figure 1 shows a heating system with a mixing valve between the boiler and consumer circuit, Figure 2 shows another embodiment with regulator intervention in the energy supply of the boiler and Figure 3, a further embodiment with a circulating pump of the displacer type.
Figur 1: Die Wärmequelle 1 der hier schematisch dargestellten Warmwasser-Zentralheizung ist ein öl- oder gasbeheizter Heizkessel mit einer bekannten und deshalb hier nicht näher dargestellten Kesse!temperaturregelung, die den Wärmeträger, hier das Kesselwasser, auf einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 70 0C, hält. Der Wärmeträger aus dem Kessel wird in eine aus Vorlaufleitung und RücklaufIeitung bestehende Leitungsschleife eingespeist, an welcher die Verbraucher, nämlich die Heizkörper 2, in verschiedenen Räumen des Gebäudes, hier versinnbildlicht durch zwei Figure 1 : The heat source 1 of the hot water central heating system shown here is an oil or gas-fired boiler with a known boiler temperature control system, which is therefore not shown here, which keeps the heat carrier, here the boiler water, at a certain temperature, for example 70 ° C , holds. The heat transfer medium from the boiler is fed into a line loop consisting of a flow line and a return line, on which the consumers, namely the radiators 2, in different rooms of the building, symbolized here by two
- jf - VPA 82 P 4402 DE - jf - VPA 82 P 4402 DE
Räume 3 und 3', angeschlossen sind. Die Raumtemperatur in den Räumen 3 und 3' wird mit Hilfe von Raumtemperaturreglern 4 und 4' geregelt, welche auf die den Wärmeträgerdurchfluß drosselnden Heizkörperventile 5 wirken. Im Raum 3, beispielsweise einem größeren Büroraum, bestehe der Raumtemperaturregler 4 aus einem Regelgerät mit Temperatursollwerteinsteller, Temperaturfühler und Regler, der über das Heizkörperventil 5 als Stellglied den dem Heizkörper 2 zugeführten Wärmeträgerstrom einstellt. 10Rooms 3 and 3 ', are connected. The room temperature in rooms 3 and 3 'is controlled with the help of room temperature controllers 4 and 4 'controlled, which act on the radiator valves 5 throttling the heat transfer medium flow. in the Room 3, for example a larger office room, exists Room temperature controller 4 from a control device with temperature setpoint adjuster, temperature sensor and controller, which is via the radiator valve 5 adjusts the heat transfer medium flow supplied to the radiator 2 as an actuator. 10
In Wohnräumen, wie dem Raum 3', werden überwiegend Raumtemperaturregler
4' vom Typ der· thermostatischen Heizkörperventile eingesetzt, bei denen das Heizkörperventil 5
und ein Dehnstoffregler zu einer Baueinheit zusammengefaßt
sind. Der Dehnstoff dient bei diesen einfach aufgebauten Reglern zugleich als Meß- und Arbeitsmittel für
den Stellantrieb des Ventildrosselkörpers. Der Wärmeträgerkreislauf ist als Zweikreis-System ausgebildet,
nämlich einem Wärmequellenkreislauf I, einem Verbraucherkreislauf
II und einem Mischventil 6, mit welchem der Anteil des aus der Wärmequelle 1 kommenden Wärmeträgers
höherer Temperatur an dem in den Verbraucherkreislauf II eingespeisten Wärmeträger und damit die Vorlauftemperatur
eingestellt werden kann.
25In living rooms, such as room 3 ', room temperature regulators 4' of the thermostatic radiator valve type are predominantly used, in which the radiator valve 5 and an expansion regulator are combined to form a structural unit. In these simply structured controllers, the expansion material also serves as a measuring and working medium for the actuator of the valve throttle body. The heat carrier circuit is designed as a two-circuit system, namely a heat source circuit I, a consumer circuit II and a mixing valve 6, with which the proportion of the higher temperature heat carrier coming from the heat source 1 in the heat carrier fed into the consumer circuit II and thus the flow temperature can be set .
25th
Das Mischventil 6 wird durch einen Stellantrieb 7 in Abhängigkeit von einem Stellsignal aus dem Regler 8 verstellt. The mixing valve 6 is adjusted by an actuator 7 as a function of a control signal from the controller 8.
Diesem, vorzugsweise einem PI-Regler, wird als Regelgröße χ der Istwert des Durchflusses im Verbraucherkreislauf II, als Führungsgröße w ein Durchflußsollwert Q aus dem Sollwertgeber 9 zugeführt. Der Durchflußsollwert Q wird kleiner als der maximale Durchfluß im Verbraucherkreislauf II bei voll geöffneten Heizkörperventilen 5 eingestellt. Der Istwert des Durchflusses wird mit einer Durchflußmeßeinrichtung 10 gemessen, die hier beispielsweise aus einerThis, preferably a PI controller, receives the actual value of the flow in consumer circuit II as the controlled variable χ, A flow rate setpoint Q from the setpoint generator is used as the reference variable w 9 supplied. The flow rate setpoint Q becomes smaller set as the maximum flow in consumer circuit II when the radiator valves 5 are fully open. The actual value of the flow is measured with a flow measuring device 10 measured, here for example from a
- «Τ - VPA 82 P 4402 DE- «Τ - VPA 82 P 4402 DE
nach der Umwälzpumpe 11 im Vorlaufstrang angeordneten Meßblende 12 und einem Meßumformer 13 besteht.after the circulation pump 11 in the flow line arranged measuring orifice 12 and a transducer 13 consists.
Sinkt die Außentemperatur und damit die Raumtemperaturen in den Räumen 3 und 3' oder wird in einem der Räume der
Raumtemperatursollwert in Richtung einer höheren Raumtemperatur verstellt, d. h., steigt der Wärmebedarf in den
betreffenden Räumen, so werden über die Raumtemperaturregler
4 oder 4' die Heizkörperventile 5 in Richtung "Auf" verstellt, der Strömungswiderstand im Verbraucherkreis II
wird kleiner, und der Istdurchfluß des Wärmeträgers mit
der Vorlauftemperatur von beispielsweise 50 °C wird erhöht.
Der Regler 8 wirkt der Durchflußerhöhung entgegen, indem
er das Mischventil 6 in Richtung eines höheren Wärmeträgeranteils
aus dem Wärmequellenkreislauf I mit dem Wärmeträger höherer Temperatur verstellt, die Vorlauftemperatur
wird so beispielsweise auf 55 C erhöht. Infolge des höheren Wärmeinhalts der Masseeinheit des Wärmeträgers erhöht
sich die Wärmeabgabe aus den Heizkörpern 2. Als Folge werden die Heizkörperventile 5 in Richtung "Zu" verstellt,
bis der Solldurchfluß bei nunmehr höherer Vorlauftemperatur
wieder erreicht ist.If the outside temperature and thus the room temperatures in rooms 3 and 3 'fall or if the room temperature setpoint in one of the rooms is adjusted towards a higher room temperature, i.e. if the heat demand in the rooms concerned increases, the radiator valves are switched off via room temperature controllers 4 or 4' 5 is adjusted in the "open" direction, the flow resistance in consumer circuit II becomes smaller, and the actual flow rate of the heat transfer medium with the flow temperature of 50 ° C., for example, is increased.
The controller 8 counteracts the increase in flow by adjusting the mixing valve 6 in the direction of a higher proportion of heat transfer medium from the heat source circuit I with the heat transfer medium at a higher temperature; the flow temperature is increased to 55 C, for example. As a result of the higher heat content of the mass unit of the heat carrier, the heat output from the radiators 2 increases. As a result, the radiator valves 5 are adjusted in the "closed" direction until the target flow is reached again at a higher flow temperature.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Wärmequelle 1 ein gasbefeuerter Heizkessel, bei dem als Stellglied für die Energiezufuhr ein Stellventil 16 mit seinem Stellantrieb 7 in der gasführenden Leitung zu den Brennern angeordnet ist. Der Stellantrieb 7 erhält sein Stellsignal von dem Regler 8 mit dem Durchflußsollwert Q aus dem Sollwertgeber 9 als Führungsgröße w und dem Durchflußistwert im Verbraucherkreis II als Regelgröße x. Wird als Umwälzpumpe 11 eine solche mit fallender Kennlinie (Förderhöhe über dem Durchfluß) benutzt, so kann anstelle einer besonderen Durchflußmeßstrecke mit Meßblende o. ä. - wie in Figur 1 - eine Messung der Drücke vor und nach der Pumpe treten. Die Durchflußmeßeinrichtung 10 besteht dann ausIn the exemplary embodiment according to FIG. 2 , the heat source 1 is a gas-fired boiler in which a control valve 16 with its actuator 7 is arranged as an actuator for the energy supply in the gas-carrying line to the burners. The actuator 7 receives its control signal from the controller 8 with the flow setpoint Q from the setpoint generator 9 as the reference variable w and the flow actual value in the consumer circuit II as the controlled variable x. If a circulation pump 11 with a falling characteristic curve (delivery head above the flow) is used, a measurement of the pressures upstream and downstream of the pump can take place instead of a special flow measuring section with a measuring orifice or the like - as in FIG. The flow measuring device 10 then consists of
ft ft
- 4 - VPA 82 P 4402 DE- 4 - VPA 82 P 4402 DE
einem Differenzdruckbildner 15 und einem darauffolgenden Differenzdruckmeßumformer 13.a differential pressure generator 15 and a subsequent one Differential pressure transmitter 13.
Die Anlageteile rechts der Trennlinie a - a' entsprechen denen der Figur 1.
5The system parts to the right of the dividing line a - a 'correspond to those in FIG. 1.
5
Sinkt, wie bereits zu Figur 1 beschrieben, die Raumtemperatur in den Räumen 3 und 3', öffnen dort die Heizkörperventile, der Strömungswiderstand sinkt, und der Differenzdruck zwischen Pumpenein- und -ausgang wird kleiner, was einem vergrößerten Durchfluß entspricht. Der Regler 8 verstellt das Stellventil 16 in Richtung höherer Energiezufuhr. Die Kesseltemperatur und damit die Vorlauftemperatur in dem vom Kessel direkt gespeisten . Verbraucherkreislauf II steigt an, bis der eingestellte Durchflußsoliwert CL, bzw. der ihn abbildende Differenzdrucksoll-If, as already described for Figure 1, the room temperature in rooms 3 and 3 'falls, the radiator valves open there, the flow resistance drops, and the differential pressure between the pump inlet and outlet becomes smaller, what corresponds to an increased flow. The controller 8 adjusts the control valve 16 in the direction of higher energy supply. The boiler temperature and thus the flow temperature in the one fed directly from the boiler. Consumer circuit II rises until the set nominal flow value CL, or the differential pressure target representing it
wert bei nunmehr erhöhter Vorlauftemperatur erreicht ist.value has now been reached at a higher flow temperature.
*n Figur 3 sei die Wärmequelle 1 der Wärmetauscher einer Fernwärme-Übergabestation mit einem die Energiezufuhr beeinflussenden Stellventil 16 mit seinem Stellantrieb 7, welcher vom Regler 8 gesteuert wird. Als Umwälzpumpe 11' ist hier eine Pumpe vom Verdrängertyp eingesetzt, beispielsweise eine Drehkolben-, Drehschieber-, Zahnradoder Kapselpumpe.* n FIG. 3, let the heat source 1 be the heat exchanger of a district heating transfer station with a control valve 16 influencing the energy supply with its control drive 7, which is controlled by the controller 8. A pump of the positive displacement type is used here as the circulation pump 11 ', for example a rotary piston, rotary vane, gear or capsule pump.
Bei diesen Pumpen mit konstantem Förderstrom bei konstanter Drehzahl ist die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufzweig des aus der Wärmequelle 1 direkt gespeisten Verbraucherkreises II ein Maß für den dort herrschenden Strömungswiderstand.In these pumps with constant flow rate at constant speed, the pressure difference between the flow and Return branch of the directly fed from the heat source 1 Consumer circuit II a measure of the flow resistance prevailing there.
Sinkt der Strömungswiderstand im Verbraucherkreis II infolge sich öffnender Heizkörperventile, verringert sich der Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf. Mit dem Sollwertgeber 9' kann der Sollwert des Differenzdruckes als Führungsgröße w eingestellt werden. Der Regler 8 verstellt das Stellglied in der Energiezufuhr so lange, bis infolge der höheren Vorlauftemperatur des Wärmeträgers die Regeldifferenz wieder gegen Null geht.If the flow resistance in consumer circuit II drops as a result When radiator valves open, the differential pressure between flow and return decreases. With the Setpoint generator 9 ', the setpoint of the differential pressure can be set as the reference variable w. The controller 8 adjusts the actuator in the energy supply until the control difference due to the higher flow temperature of the heat transfer medium goes back to zero.
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- 1Z - VPA 82 P 4402 DE- 1 Z - VPA 82 P 4402 DE
Der Vorteil dieser Anordnung mit einer Pumpe vom Verdrängertyp ist darin zu sehen, daß änderungen des Strömungswiderstandes in der Wärmequelle, wie sie vor allem bei einem großen Temperaturarbeitsbereich des Wärmeträgers auftreten können, ohne Einfluß auf die Regelung bleiben.The advantage of this arrangement with a pump of the positive displacement type is to be seen in the fact that changes in the flow resistance in the heat source, as is the case above all with a large working temperature range of the heat transfer medium can occur without affecting the regulation.
Im übrigen sind die in den Beispielen dargestellten Möglichkeiten der Gewinnung der Regelgrößen für die Durchfluß- oder Differenzdruckregelung und der Stelleingriffe nicht an die beschriebenen Wärmequellen gebunden, sondern sind je nach Anlage oder Bedarf miteinander kombinierbar.In addition, the possibilities shown in the examples for obtaining the controlled variables for the flow rate or differential pressure control and the control interventions not tied to the heat sources described, but can be combined with each other depending on the system or requirements.
3 Patentansprüche
3 Figuren3 claims
3 figures
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Claims (3)
c) einer Umwälzpumpe im Verbraucherkreislauf,b) a mixing valve between a heat transfer circuit containing the heat source and a heat transfer circuit containing the consumers,
c) a circulation pump in the consumer circuit,
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