DE3229740C2

DE3229740C2 - Verfahren und Vorrichtung zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeugern und Heizkreispumpen in Heizsystemen

Info

Publication number: DE3229740C2
Application number: DE3229740A
Authority: DE
Inventors: Hans 3559 Battenberg Viessmann
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Generations Group GmbH and Co KG
Priority date: 1982-08-10
Filing date: 1982-08-10
Publication date: 1987-05-14
Also published as: DE3229740A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeugern und Heizkreispumpen in mono- oder bivalenten Heizungssystemen in Abhängigkeit von der Stellung des Mischventils. Erfindungsgemäß werden dann, wenn das Mischventil während einer vorgegebenen Zeitdauer in vollständig geschlossenem Zustand bleibt, der Wärmeerzeuger sowie die Heiz kreis pumpe, ggf. nach vorgegebenen Zeitverzögerungen, abgeschaltet; nach erstmaliger und für eine vorgegebene Zeitdauer anhaltender Wiederöffnung des Mischventils werden dann der Wärmeerzeuger sowie die Heizkreispumpe wieder eingeschaltet, ggf. nach vorgegebenen Zeitverzögerungen. Durch das Erfindungskonzept lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen, da hierdurch insbesondere thermische Verluste im Primärkreis des Wärmeerzeugers vermieden werden, wenn der Heizkreis bei geschlossenen Mischventilen keinen Wärmebedarf aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich leicht in vorhandene Heizungsregelsysteme integrieren oder mit ihnen verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe in mono- oder bivalenten Heizungssystemen mit einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis vorgesehenen Mischventil mit Stellantrieb, der von einer Regeleinrichtung gesteuert ist und zwei Endlagenschalter aufweist, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreispumpe unter Erfassung der Stellung des Mischventils und Abschaltung der Heizkreispumpe und des Wärmeerzeugers bei geschlossener Stellung des Mischventils und Einschalten der Heizkreispumpe und des Wärmeerzeugers bei nicht mehr vollständig geschlossener Stellung des Mischventils.

Warmwasser-Heizungssysteme zur Gebäudebeheizung umfassen als wesentliche Komponenten einen Wärmeerzeuger, der eine Wärmeträgerflüssigkeit, zumeist Wasser oder wässerige Lösungen eines Gefrierschutzmittels, in einem Primärkreis erhitzt, der über ein Drei- oder Vierwege-Mischventil mit elektrischem Stellantrieb mit einem Heizkreis verbunden ist, in den Heizkörper und/oder eine Fußbodenheizung als Wärmeaustauscher sowie eine Heizkreispumpe eingeschaltet sind, die die Wärmeträgerflüssigkeit im Heizkreis umwälzt und zumeist im Heizungsvorlauf vorgesehen ist.

Solche Heizungssysteme weisen ferner üblicherweise eine mit dem Wärmeerzeuger integrierten oder davon unabhängigen, an den Primärkreis angeschlossenen und mit einer Ladepumpe aufgeladenen Warmwasserspeicher zur Brauchwassererwärmung auf.

Herkömmliche witterungsgeführte Heizungsregelsysteme für derartige Heizungsanlagen weisen im allgemeinen einen Außentemperaturfühler, einen Vorlauftemperaturfühler, einen Fühler für die Temperatur des Wärmeerzeugers sowie eine zentrale Regeleinrichtung auf, die die Vorlauftemperatur nach der jeweils herrschenden Außentemperatur gemäß einer einstellbaren Heizkurve über den Stellantrieb des Mischventils regelt und üblicherweise auch zur Nachtabsenkung der Vorlauftemperatur eingerichtet ist. Die Brauchwassererwärmung wird üblicherweise mit einem Temperaturfühler im Warmwasserspeicher gesteuert, über den zumindest die Ladepumpe und ggfs. auch der Wärmeerzeuger je nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden.

Entsprechende Regeleinrichtungen können ferner auch so ausgebildet sein, daß sie zusätzliche Regel- und Sicherheitsfunktionen, wie etwa die Regelung bzw. Überwachung der Betriebs- bzw. der Maximaltemperatur des Wärmeerzeugers und des Warmwasserspeichers oder Frostschutzschaltungen, Anzeige- und/oder Warnfunktionen sowie etwa Fernbedienungsfunktionen, umfassen.

Derartige herkömmliche Regeleinrichtungen besitzen trotz der weitgehenden Automation und des bereits eingeführten Einsatzes von Mikrocomputern den wesentlichen Nachteil, daß bei im Betrieb geschlossenem Mischventil, d. h. dann, wenn die vom Vorlauftemperaturfühler erfaßte Vorlauftemperatur größer oder gleich der unter den jeweiligen Betriebsverhältnissen vorgegebenen Solltemperatur ist, also kein zusätzlicher Wärmebedarf des Heizkreises vorliegt, sowohl die Heizkreispumpe als auch der Wärmeerzeuger weiterlaufen können, was zu unnötigem Pumpenverschleiß und Geräuschentwicklung und vor allem zu einem nicht unerheblichen, vermeidbaren Energieverbrauch führt, da, abgesehen vom Stromverbrauch, der Wärmeerzeuger und der Primärkreis bei längerem Schließen des Mischventils auf der Betriebstemperatur bleiben.

Aus der DE-AS 25 31 739 sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 8 bekannt, mit denen bei gattungsgemäßen Heizanlagen die Heizkreispumpe bei geschlossener Stellung des Mischventils abgeschaltet und bei einer von der vollständig geschlossenen Stellung abweichenden Stellung des Mischventils wieder eingeschaltet wird, wobei gleichzeitig mit der Heizkreispumpe auch der Wärmeerzeuger ab- bzw. eingeschaltet wird. Wesentlich ist bei diesem Stand der Technik, daß das Abschalten wie auch das Wiedereinschalten der Heizkreispumpe und des Wärmeerzeugers ohne Zeitverzögerung vorgenommen werden. Hierbei wird das Verhältnis der Pausendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zu-Impulsen, mit denen das Mischventil angesteuert wird, zur Dauer dieser Zu-Impulse gebildet und mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen, bei dessen Unterschreitung die Heizkreispumpe so lange abgeschaltet wird, bis der erste Auf-Impuls für das Mischventil die Heizkreispumpe wieder einschaltet. Gemäß diesem Stand der Technik ist es nicht möglich, die mit instationären Zuständen von Heizanlagen und dem damit verbundenen Überschwingen des Regelkreises, bei dem das Mischventil öfters in die entsprechenden Endlagen läuft, verbundenen Nachteile zu vermeiden, da beim sofortigen Abschalten der Heizkreispumpe ohne Zeitverzögerungen das Risiko besteht, daß die Regelung den instationären Regelzustand nicht oder erst nach Ablauf einer bestimmten Zeit verläßt.

Der DE-OS 30 32 089 ist eine Abschalteinrichtung für die Heizkreispumpe gattungsgemäßer Heizungssysteme zu entnehmen, bei der das Mischventil zeitlich verzögert nach dem Einschalten der Heizkreispumpe eingeschaltet wird, wobei zugleich beim Abschalten keine Zeitverzögerung vorgesehen ist. Auch mit dieser herkömmlichen Technik ist es nicht möglich, Instationaritäten im Regelverhalten entsprechender Heizungssysteme sowie unerwünschten Energieverbrauch zu vermeiden.

Eine Vorrichtung zur Steuerung des Mischventils von Heizungssystemen, bei der die Stellung des Mischventils über ein mit dem Mischantrieb gekoppeltes, in eine Wheatston'sche Brückenschaltung eingeschaltetes Potentiometer erfaßt wird, ist aus dem DE-GM 19 18 862 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeugern und Heizkreispumpen in Heizungssystemen anzugeben, welche die obigen Nachteile vermeiden, einfach sind und an vorhandene Regelsysteme angeschlossen oder mit ihnen integriert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch

(a) Erfassung der vollständig geschlossenen oder vollständig geöffneten Stellung des Mischventils durch Decodierung der an den Endlagenschaltern des Stellantriebs des Mischventils vorliegenden Spannungszustände unter Umwandlung in entsprechende Gleichspannungen,
(b1) Abschalten des Wärmeerzeugers nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils, sofern nicht ein Ladesignal zum Betrieb des Ladekreislaufs eines Brauchwasserspeichers vorliegt,
und
(b2) Abschalten der Heizkreispumpe nach Ablauf einer vorgegebenen zweiten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils
sowie
(c1) Einschalten des Wärmeerzeugers nach Ablauf einer vorgegebenen dritten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung einer von der vollständig geschlossenen Stellung abweichenden Stellung des Mischventils, sofern der Wärmeerzeuger nicht bereits wegen einer Speicheranforderung, aufgrund deren einem Brauchwasserspeicher über einen Ladekreis mit Ladepumpe Wärme zugeführt wird, eingeschaltet ist,
und
(c2) Einschalten der Heizkreispumpe nach Ablauf einer vorgegebenen vierten Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt, an dem der Wärmeerzeuger in Schritt (c1) eingeschaltet wurde bzw. bei Vorliegen eines Ladesignals ohne daß dieses eingeschaltet worden wäre.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 7.

Erfindungsgemäß wird die Heizkreispumpe nach Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils bzw. nach Abschalten des Wärmeerzeugers noch für eine vorgegeben Zeitdauer weiter in Betrieb gehalten, um eine gute Durchmischung des Heizungsvorlaufs zu erreichen und zugleich zu vermeiden, daß die Heizkreispumpe bei Überschwingungen der Vorlauftemperatur, die zu kurzzeitigem Schließen des Mischventils führen kann, sofort abgeschaltet wird.

Vorteilhaft wird der Wärmeerzeuger nicht sofort nach Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils, sondern nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer danach abgeschaltet; gleiches gilt umgekehrt für das Wiedereinschalten. Die entsprechende Zeitdauer liegt vorzugsweise bei größenordnungsmäßig 10 s.

Die zeitliche Verzögerung, mit der die Heizkreispumpe in Schritt b2 abgeschaltet wird, ist vorzugsweise größer als die zeitliche Verzögerung, mit der der Wärmeerzeuger in Schritt b1 abgeschaltet wird; sie liegt vorteilhaft bei etwa 20 min.

Es ist ferner erfindungsgemäß vorteilhaft, die Heizkreispumpe in Schritt c2 erst mit einer zeitlichen Verzögerung gegenüber Schritt c1 wieder einzuschalten, um eine ggfs. erforderliche Wiedererwärmung des Wärmeerzeugers und des Primärkeises zu ermöglichen, bevor dem Wärmeerzeuger über den Primärkreis und das wiedergeöffnete Mischventil Wärme entzogen wird; diese zeitliche Verzögerung wird vorteilhaft über eine Temperaturdifferenz zwischen Wärmeerzeuger und Heizungsvorlauf eingestellt, die vorgegeben werden kann.

Die Erfassung der Stellung des Mischventils erfolgt am einfachsten und günstigsten über die in dem Mischantrieben vorgesehenen Endlagenschalter unter Benutzung der stellungsabhängig an ihren anliegenden Spannung. Die Stellung des Mischventils kann jedoch auch durch ein damit gekoppeltes Potentiometer oder auf optischem bzw. optoelektronischem Wege erfolgen.

Aus praktischer Sicht ist es ferner bei gleichzeitig vorhandenem Warmwasserspeicher mit Ladepumpe erforderlich, den Schritt b1 zu unterdrücken, also den Wärmeerzeuger trotz geschlossenen Mischventils nicht abzuschalten, wenn dem Ladekreis Wärme zugeführt werden muß. In diesem Fall entfällt beim über die Mischventilstellung gesteuerten Wiedereinschalten das Einschalten des Wärmeerzeugers in Schritt c1 als separate Maßnahme.

Die Verfahrensschritte b1 und b2 könenn ferner unter besonderen Betriebsbedingungen der Anlage, insbesondere zum automatischen Frostschutz, von der Regeleinrichtung unterdrückt werden.

Als Wärmeerzeuger kommen im Rahmen der Erfindung z. B. mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff, wie Heizöl oder Erdgas, betriebene, in einem Heizkessel angeordnete Brenner, mit festen Brennstoffen, wie Koks, Kohle oder Holz, betriebene Heizeinrichtungen, Wärmepumpen mit Wärmeaustauscher sowie etwa auch Wärmespeicher, denen schaltbar Wärme etwa durch Umpumpen einer Wärmeträgerflüssigkeit entnommen und dem Heizsystem zugeführt werden kann, in Betracht.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe in mono- oder bivalenten Heizungssystemen mit einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis vorgesehenen Mischventil mit Stellantrieb, der von einer Regeleinrichtung gesteuert ist und zwei Endlagenschalter aufweist, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreispumpe umfaßt eine Einrichtung, welche die Stellung des Mischventils erfaßt und die Heizkreispumpe und den Wärmeerzeuger in Abhängigkeit davon abschaltet bzw. einschaltet und ist gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung zur Erfassung der vollständig geschlossenen oder vollständig geöffneten Stellung des Mischventils mit
- - zwei Wandlern, die über Anschlüsse an den Endlagenschaltern des Stellantriebs des Mischventils angeschlossen sind und die am Stellantrieb stellungsabhängig anliegenden Spannungen in für Logikschaltungen geeignete Gleichspannungen umwandeln,
- - einem Inverter, der mit einem Eingang in Verbindung steht, an dem bei ganz und teilweise geöffnetem Mischventil eine Spannung anliegt,
- - einem NAND-Glied, das mit einem Eingang in Verbindung steht, an dem bei ganz geschlossenem oder teilweise geöffnetem Mischventil eine Spannung anliegt, und einen Einschalt-Reset-Eingang aufweist,
  und
- - einem Decoder mit einem Eingang, der mit dem Ausgang des Inverters verbunden ist, und einem Eingang, der mit dem Ausgang des NAND-Glieds verbunden ist, und drei Ausgängen,
und
- eine damit verbundene Verzögerungs- und Schalteinrichtung, die die Heizkreispumpe nach Ablauf einer vorgegebenen zweiten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils abschaltet und nach Ablauf einer vierten Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt, an dem der Wärmeerzeuger eingeschaltet wurde, wieder einschaltet, mit
- - einem NCR-Glied, dessen zwei Eingänge an die Ausgänge des Decoders angeschlossen sind,
- - einer R/S-Kippstufe, deren R-Eingang mit dem Ausgang des NCR-Glieds und deren S-Eingang mit dem Ausgang des Decoders verbunden sind, und deren Q-Ausgang über einen als Verstärker geschalteten Transistor ein Relais ansteuert, das den Wärmeerzeuger schaltet,
- - einer zwischen den Q-Ausgang der R/S-Kippstufe und den Transistor eingeschalteten Verzögerungsschaltung, die den Wärmeerzeuger nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils abschaltet bzw. ihn nach Ablauf einer dritten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung einer von der vollständig geschlossenen Stellung abweichenden Stellung des Mischventils wieder einschaltet,
- - einem Frequenzteiler, der von einem Rechteckgenerator eine vorgegebene Frequenz zugeführt erhält, und dessen Reset-Eingang mit dem &wedgeq;-Ausgang der R/S-Kippstufe verbunden ist,
  sowie
- - ein OR-Glied, dessen Eingänge an die Ausgänge des Frequenzteilers angeschlossen sind, und dessen Ausgang über einen als Verstärker geschalteten Transistor ein Relais ansteuert, das die Heizkreispumpe schaltet.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 9-11 beschrieben.

Die Vorrichtung weist vorzugsweise zwei Wandler auf, die die an den Endschaltern des Mischventils bzw. seines Stellantriebs anliegenden Spannungen, zumeist 220 V Wechselstrom, in eine für die Logikschaltungen geeignete Gleichspannung umwandeln.

Die Vorrichtung umfaßt ferner vorteilhaft ein AND-Glied, dessen Eingang mit einem Anschluß für ein Signal, das zum Einschalten des Wärmeerzeugers bei Speicheranforderung zur Beheizung eines Brauchwasserspeichers über eine Ladepumpe dient, und dessen anderer Eingang über einen Schalter mit dem Q-Ausgang der R/S-Kippstufe verbunden sind, sowie eine zwischen den Ausgang des AND-Glieds und den Transistor, der den Wärmeerzeuger schaltet, eingeschaltete Verzögerungsschaltung.

Das NAND-Glied ist ferner vorteilhaft ein Dreifach-NAND-Glied, dessen dritter Eingang mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers verbunden ist, der ein der Temperatur eines Außentemperaturfühlers entsprechendes Signal liefert, um eine entsprechende Frostschutzfunktion dadurch zu erzielen, daß bei zu niedriger Außentemperatur keine Brenner- bzw. Heizkreispumpenabschaltung erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Heizsystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Verbindung der Vorrichtung mit einem herkömmlichen Mischventil;

Fig. 3 eine Wahrheitstabelle für die Mischventilstellungen zu Fig. 2;

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung;

Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Frequenzteilers der Schaltung von Fig. 4;

Fig. 6 eine Wahrheitstabelle zu den logischen Zuständen des Decoders der Schaltung von Fig. 4 und

Fig. 7 ein Zeitablaufdiagramm zur Abschaltung und Einschaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe.

In Fig. 1 ist ein übliches herkömmliches Heizungssystem dargestellt, das einen im Primärkreis P vorgesehenen Wärmeerzeuger W, ein Mischventil M mit zugehörigem Stellantrieb MM, einen Heizkreis H mit Heizkörpern und/oder Fußbodenheizung und eine Heizkreispumpe HP sowie eine elektronische Regeleinrichtung RE umfaßt, die aufgrund der Temperatur θ _A des Außentemperaturfühlers AT, der Temperatur T _Wdes Wärmeerzeugers sowie der Vorlauftemperatur T _V den Stellantrieb des Mischventils entsprechend der vorgegebenen Heizkurve ansteuert und eine witterungsgeführte Regelung der Vorlauftemperatur T _V ermöglicht.

Bei vollständig geschlossenem Mischventil, d. h. fehlendem Wärmebedarf des Heizkreises H, wird der Primärkreis P auf der Betriebstemperatur T _W gehalten, um jederzeit bei Bedarf Wärme über das geöffnete Mischventil M in den Heizkreis H abgeben zu können.

In Fig. 2 ist die übliche Schaltung eines Stellmotors MM für ein Mischventil M dargestellt. Die jeweilige Stellung des Mischventils M hängt davon ab, welcher der beiden Schalter (AUF oder ZU) von der Regeleinrichtung RE betätigt wird, und wie lange dies erfolgt.

Aufgrund der beiden im Stellmotor MM vorgesehenen Endlagenschalter E 1, E 2 liegt an den Eingangsanschlüssen A und B der Vorrichtung BBH zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe stellungsabhängig die Betriebsspannung, z. B. 220 V, an, wie aus der in Fig. 3 dargestellten Wahrheitstabelle hervorgeht. Daraus ist ersichtlich, daß bei vollständig geschlossenem Mischventil nur am Eingang B und bei vollständig geöffnetem Mischventil nur am Eingang A die Betriebsspannung anliegt, während bei allen dazwischenliegenden Stellungen des Mischventils beide Eingänge A und B die Betriebsspannung führen. Diese stellungsabhängige Spannungszustände werden als logische Zustände erfaßt und zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeugern und Heizkreispumpen herangezogen.

Die n Fig. 4 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die an den Anschlüssen A und B in Abhängigkeit von der Stellung des Mischventils anliegende Spannung (220 V) wird durch die Wandler 1 in eine für die nachfolgende Logikschaltung geeignete Gleichspannung umgesetzt.

Die durch die Wandler 1 erzeugten Gleichspannungen gelangen über einen Inverter 2 bzw. ein NAND-Glied 3 zu einem Decoder 4. Das NAND-Glied 3 weist neben einem Einschalt-Reset-Eingang einen dritten Eingang auf, der zur Frostschutzschaltung herangezogen werden kann, wie im folgenden näher erläutert ist.

Der Decoder 4 unterscheidet die an seinen Eingängen A 1, A 2 anliegende logischen Zustände (H = high, L = low); wenn beispielsweise am Eingang A 1 der logische Zustand H und an A 2 L ist, was dem vollständig geschlossenen Zustand des Mischventils entspricht (vgl. Fig. 3), nimmt der Ausgang B 1 des Decoders 4 den Pegel H an. Hierdurch wird die nachfolgende R/S-Kippstufe 6 über den S-Eingang gesetzt. Am negierten Ausgang ( &wedgeq;-Ausgang) der R/S-Kippstufe 6 liegt damit der Logikzustand L vor, durch den der nachfolgende Frequenzteiler 9 über den Reset-Eingang freigegeben wird. Die Ausgänge Q _n bis Q _{n - 5} des Frequenzteilers 9sind im rückgesetzten Zustand sämtlich auf Pegel L. Am Zähleingang (Clock-Eingang) des Frequenzteilers 9 ist ein Rechtecksignalgenerator 10 angeschlossen, der ein Rechtecksignal mit vorgegebener Frequenz liefert. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer, z. B. 20 min, nachdem der Reset-Eingang des Frequenzteilers 9 den Pegel L erhielt, wird der erste Ausgang Q _{n - 5} gleich H, so daß der Ausgang des nachgeschalteten OR-Glieds (ODER-Glieds) 11 ebenfalls den Pegel H annimmt. Damit wird der über den Widerstand R 2 angeschlossene Transistor T 2 leitend und betätigt das Relais K 2, das eine Schutzdiode D 2 aufweist, in der Weise, daß die Heizkreispumpe HP ausgeschaltet bzw. gesperrt wird.

Wenn die logischen Zustände an den Eingängen des Frequenzteilers 9 unverändert bleiben, wiederholt sich etwa alle 22 h (oder nach einer anderen, wählbaren Zeitdauer) eine etwa 20 min dauernde Heizkreispumpeneinschaltung.

Der Frequenzteiler 9 wird durch eine an den Reset-Eingang angelegten kurzen H-Impuls gestartet; dabei werden alle Ausgänge Q _n-Q _n _{- 5} auf L-Pegel gesetzt. Gemäß der Schaltung von Fig. 4 ist dies nur möglich, wenn die R/S-Kippstufe 6 am Ausgang &wedgeq; H-Pegel aufweist.

Das Zeitablaufdiagramm des Frequenzteilers 9 ist in Fig. 5 dargestellt; der zeitliche Verlauf der Clock-Impulse sowie der Reset-Impuls sind über den Signalverläufen der Ausgänge Q _n-Q _n _{- 5} dargestellt.

Da beim Einschalten der Anlage das Mischventil zufällig geschlossen sein kann, wird über den Einschalt-Reset des NAND- Glieds dem Decoder 4 ein Zustand vorgetäuscht, bei dem die Ausgänge B 2 und/oder B 3 auf H-Pegel sind und die R/S-Kippstufe 6 über das NOR-Glied 5 zurückgesetzt wird.

Wenn der Schalter S 2 geschlossen wird, bleibt die Heizkreispumpe HP so lange abgeschaltet, bis die R/S-Kippstufe 6 wieder rückgesetzt wird. Dieses Rücksetzen erfolgt, wenn am Eingang A 2 des Decoders 4 allein oder an beiden Eingängen A 1 und A 2 des Decoders 4 der logische Zustand H vorliegt, also das Mischventil vollständig geöffnet ist oder sich in einer Zwischenstellung befindet d. h., der Mischermotor in Richtung "Auf" oder "Zu" läuft; dann erhalten die Ausgänge B 2 und/oder B 3 des Decoders 4 den Pegel H; die Signale gelangen über ein NOR-Glied 5 zum R-Eingang der R/S-Kippstufe 6. Die R/S-Kippstufe muß zurückgesetzt werden, d. h., die Heizkreispumpe HP muß eingeschaltet bleiben, wenn das Mischventil wieder in eine geöffnete Stellung geht, wobei am Ausgang des mit dem Anschluß B verbundenen Wandlers 1 der Pegel L anliegt; das NAND-Glied 3 erhält ferner einen Pegel L beim Einschalten über das Einschalt-Reset sowie über den Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger mit einer gewissen Hysterese) 12, wenn der über die Anschlüsse H und I angeschlossene Außentemperaturfühler AT eine Außentemperatur θ _A ergibt, die unter einem vorgegebenen Wert liegt. Dabei wird der Spannungsabfall am Meßwiderstand des Außentemperaturfühlers AT mit einer Referenzspannung U _ref vom Schwellwertschalter 12 verglichen, der einen Rückführungswiderstand R _R aufweist. Wenn am Ausgang des Schwellwertschalters 12 der Logikpegel L vorliegt, kann dementsprechend die Heizkreispumpe HP nicht blockiert werden.

Die Abschaltung des Wärmeerzeugers W, im allgemeinen also des Brenners, der an den Anschlüssen C und D angeschlossen ist, erfolgt über den &wedgeq;-Ausgang der R/S-Kippstufe 6 über den als Verstärker geschalteten Transistor T 1 und das mit ihm verbundene Relais K 1 mit Schutzdiode D 1.

Wenn mindestens ein Eingang des NAND-Glieds 3 auf L-Pegel liegt, wenn als z. B. am Eingang A 220 V anliegen, der Einschalt- Reset L-Pegel aufweist, oder die Außentemperatur θ _A kleiner als etwa +3°C ist, also der Schwellwertschalter 12 L-Pegel liefert, wird der Ausgang des NAND-Glieds H; damit erhält der Eingang A 2 des Decoders 4 H-Pegel, wodurch an den Ausgängen B 2 und/oder B 3 H-Pegel und über das NOR-Glied 5 am Eingang der R/S-Kippstufe 6 L-Pegel vorliegen. Die R/S-Kippstufe 6 wird also rückgesetzt, der Eingang &wedgeq; wird H, und der Frequenzteiler 9 wird rückgesetzt. Somit werden Heizkreispumpe HP und Wärmeerzeuger W freigegeben. Immer wenn die R/S -Kippstufe 6 zurückgesetzt ist, sind entsprechend der Wärmeerzeuger W und die Heizkreispumpe HP freigegeben.

Ist die R/S-Kippstufe gesetzt, wird über den Schalter S 1 das AND-Glied 7, die Verzögerungsschaltung 8, den Transistor T 1 und das Relais K 1 über die Ausgänge C, D, nach 10 s der Wärmeerzeuger freigegeben.

Nach 20 min wird über den Frequenzteiler 9, das OR-Glied 11, den Transistor T 2 und das Relais K 2 über die Ausgänge E, F, die Heizkreispumpe HP abgeschaltet.

Vorteilhaft ist in der Vorrichtung ein AND-Glied 7 zwischen dem Transistor T 1 und der R/S-Kippstufe 6 vorgesehen und durch einen Schalter S 1 von ihr getrennt, das dann, wenn am Anschluß G ein Signal zur Speicheranforderung, d. h. zum Betrieb des Ladekreislaufs des Warmwasserspeichers, vorliegt, eine Abschaltung des Wärmeerzeugers W verhindert.

Die Verzögerungsschaltung 8 verzögert den Abschaltvorgang des Wärmeerzeugers um eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise 10 s, wenn die R/S- Kippstufe 6 die Brenneransteuerung blockiert. Der Schalter S 1 dient entsprechend zum Ein- und Ausschalten der automatischen Wärmeerzeugerabschaltung.

Wenn beide Eingänge des AND-Glieds 7 auf H sind, ist der Wärmeerzeuger W abgeschaltet. Wenn also z. B. der Eingang G auf L-Pegel ist (Speicheranforderung), wird der Wärmeerzeuger wieder freigegeben.

In Fig. 6 sind die logischen Zustände des Decoders 4 der Schaltung von Fig. 4 in Form einer Wahrheitstabelle zusammengestellt, aus der die Abhängigkeit der Logikzustände an den Ausgängen B 1, B 2 und B 3 von den Logikzuständen an den Eingängen A 1 und A 2 ersichtlich ist.

In Fig. 7 ist ein typisches Zeitablaufdiagramm dargestellt, das die Arbeitsweise der Vorrichtung beispielhaft erläutert.

Zum Zeitpunkt t ₀, in dem das Mischventil M den vollständig geschlossenen Zustand erreicht hat, beginnt die zweite Zeitdauer t ₂ zu laufen, nach deren Ablauf der Wärmeerzeuger W ausgeschaltet wird; eine analoge Zeitverzögerung t ₃ liegt beim Wiedereinschaltvorgang vor.

Das Abschalten der Heizkreispumpe HP geschieht mit einer zeitlichen Verzögerung von t ₁, die gegenüber t ₂ und t ₃, die typischerweise größenordnungsmäßig etwa 10 s betragen, erheblich länger ist und so gewählt wird, daß eine gute Durchmischung des Heizungsvorlaufs erzielt wird.

Die vierte Zeitverzögerung t ₄ dient nach einer vorteilhaften Weiterbildung dazu, eine Wiedererwärmung des Wärmeträgermediums im Primärkreis P zu ermöglichen, bevor, bei wieder geöffnetem Mischventil M, Wärme in den Heizkreis abgegeben wird. Die Zeit t ₄ wird entsprechend nach den apparativen Gegebenheiten der Anlage und ihrem Regelverhalten gewählt.

Neben der bedarfsabhängigen Steuerung der Heizkreispumpe HP wird diese, wie der unterste Signalverlauf von Fig. 7 zeigt, unabhängig von der Stellung des Mischventils M nach jedem Ablauf der Zeit t ₅, die üblicherweise etwa 22 h beträgt, eingeschaltet und für eine Zeitdauer t ₆ in Betrieb gehalten; diese Maßnahme dient der Vermeidung zu langer Stillstandszeiten des Heizungssystems und der damit verbundenen nachteiligen Folgen.

Das Verfahren ist ferner auch auf Heizungssysteme mit mehreren Wärmeerzeugern, Mischventilen und/oder Heizungspumpen gleichermaßen anwendbar.

Die Vorrichtung läßt sich leicht mit vorhandenen Regeleinrichtungen verbinden oder in diese integrieren. Besonders günstig ist der Schaltungsaufbau in Form einer Modulkarte, die in vorhandene Reglersysteme eingesetzt werden kann.

Claims

1. Verfahren zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe in mono- oder bivalenten Heizungssystemen mit einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis vorgesehenen Mischventil mit Stellantrieb, der von einer Regeleinrichtung gesteuert ist und zwei Endlagenschalter aufweist, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreispumpe unter Erfassung der Stellung des Mischventils und Abschaltung der Heizkreispumpe und des Wärmeerzeugers bei geschlossener Stellung des Mischventils und Einschalten der Heizkreispumpe und des Wärmeerzeugers bei nicht mehr vollständig geschlossener Stellung des Mischventils, gekennzeichnet durch

(a) Erfassung der vollständig geschlossenen oder vollständig geöffneten Stellung des Mischventils durch Decodierung der an den Endlagenschaltern des Stellantriebs des Mischventils vorliegenden Spannungszustände unter Umwandlung in entsprechende Gleichspannungen,

(b1) Abschalten des Wärmeerzeugers nach Ablauf einer vorgegebenen ersten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils, sofern nicht ein Ladesignal zum Betrieb des Ladekreislaufs eines Brauchwasserspeichers vorliegt,
und

(b2) Abschalten der Heizkreispumpe nach Ablauf einer vorgegebenen zweiten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung der vollständig geschlossenen Stellung des Mischventils
sowie

(c1) Einschalten des Wärmeerzeugers nach Ablauf einer vorgegebenen dritten Verzögerungszeit nach erstmaliger und ununterbrochener Erfassung einer von der vollständig geschlossenen Stellung abweichenden Stellung des Mischventils, sofern der Wärmeerzeuger nicht bereits wegen einer Speicheranforderung, aufgrund deren einem Brauchwasserspeicher über einen Ladekreis mit Ladepumpe Wärme zugeführt wird, eingeschaltet ist,
und

(c2) Einschalten der Heizkreispumpe nach Ablauf einer vorgegebenen vierten Verzögerungszeit nach dem Zeitpunkt, an dem der Wärmeerzeuger in Schritt (c1) eingeschaltet wurde bzw. bei Vorliegen eines Ladesignals ohne daß dieses eingeschaltet worden wäre.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. dritte Verzögerungszeit in den Schritten (b1) bzw. (c1) zu etwa 10 s gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verzögerungszeit in Schritt (b2) länger gewählt wird als die im Schritt (b1) vorgegebene erste Verzögerungszeit.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verzögerungszeit in Schritt (b2) so lang gewählt wird, daß eine gute Durchmischung des Heizungsvorlaufs erzielt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Verzögerungszeit in Schritt (c2) so lang gewählt wird, daß die Temperatur des Heizmediums des Wärmeerzeugers mindestens gleich der Solltemperatur des Heizungsvorlaufs im Heizkreis ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Verzögerungszeit in Schritt (c2) so lang gewählt wid, daß die Temperatur des Heizmediums des Wärmeerzeugers um eine vorgegebene Temperaturdifferenz über der Solltemperatur des Heizungsvorlaufs liegt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei längerer Zeit geschlossenem Mischventil die Heizkreispumpe spätestens alle etwa 22 h für etwa 20 min eingeschaltet wird.

8. Vorrichtung zur bedarfsabhängigen Schaltung von Wärmeerzeuger und Heizkreispumpe in mono- oder bivalenten Heizungssystemen mit einem zwischen Wärmeerzeuger und Heizkreis vorgesehenen Mischventil mit Stellantrieb, der von einer Regeleinrichtung gesteuert ist und zwei Endlagenschalter aufweist, und einer im Heizkreis angeordneten Heizkreispumpe, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
mit einer Einrichtung, die die Stellung des Mischventils erfaßt und die Heizkreispumpe und den Wärmeerzeuger in Abhängigkeit davon abschaltet bzw. einschaltet, gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (1, 2, 3, 4) zur Erfassung der vollständig geschlossenen oder vollständig geöffneten Stellung des Mischventils (M) mit

- zwei Wandlern (1), die über Anschlüsse (A, B) an den Endlagenschaltern (E 1, E 2) des Stellantriebs (MM) des Mischventils (M) angeschlossen sind und die am Stellantrieb (MM) stellungsabhängig anliegenden Spannungen in für Logikschaltungen geeignete Gleichspannungen umwandeln (Fig. 2, 3),

- einem Inverter (2), der mit dem Eingang (B) in Verbindung steht, an dem bei ganz und teilweise geöffnetem Mischventil (M) eine Spannung anliegt,

- einem NAND-Glied (3), das mit dem Eingang (A) in Verbindung steht, an dem bei ganz geschlossenem oder teilweise geöffnetem Mischventil (M) eine Spannung anliegt, und einen Einschalt-Reset-Eingang aufweist,
und

- einem Decoder (4) mit einem Eingang (A 1), der mit dem Ausgang des Inverters (2) verbunden ist, und einem Eingang (A 2), der mit dem Ausgang des NAND-Glieds (3) verbunden ist, und drei Ausgängen (B 1, B 2, B 3),

und

- eine damit verbundene Verzögerungs- und Schalteinrichtung (5, 6, 8, 9, 10, 11, T 1, T 2, K 1, K 2) mit

- einem NCR-Glied (5), dessen zwei Eingänge an die Ausgänge (B 2 bzw. B 3) des Decoders (4) angeschlossen sind,

- einer R/S-Kippstufe (6), deren R-Eingang mit dem Ausgang des NCR-Glieds (5) und deren S-Eingang mit dem Ausgang (B 1) des Decoders (4) verbunden sind, und deren Q-Ausgang über einen als Verstärker geschalteten Transistor (T 1) ein Relais (K 1) ansteuert, das über die Anschlüsse (C, D) den Wärmeerzeuger (W) schaltet,

- einer zwischen den Q-Ausgang der R/S-Kippstufe (6) und den Transistor (T 1) eingeschalteten Verzögerungsschaltung (8),

- einem Frequenzteiler (9), der von einem Rechteckgenerator (10) eine vorgegebene Frequenz zugeführt erhält, und dessen Reset-Eingang mit dem &wedgeq;-Ausgang der R/S-Kippstufe (6) verbunden ist, sowie

- ein OR-Glied (11), dessen Eingänge an die Ausgänge (Q _n bis Q _n _{- 5}) des Frequenzteilers (9) angeschlossen sind, und dessen Ausgang über einen als Verstärker geschalteten Transistor (T 2) ein Relais (K 2) ansteuert, das über die Anschlüsse (E, F) die Heizkreispumpe (HP) schaltet (Fig. 4).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein eingangsseitig über einen Schalter (S 1) mit dem Q-Ausgang der R/S-Kippstufe (6) sowie einem Anschluß (G) für Ladesignale zum Betrieb des Ladekreislaufs eines Brauchwasserspeichers und ausgangsseitig mit der Verzögerungsschaltung (8) verbundenes AND-Glied (7).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch ein 3fach NAND-Glied (3), dessen dritter Eingang mit dem Ausgang eines Schwellwertschalters (12) verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch einen Schalter (S 2), der zwischen dem Ausgang (Q _n) des Frequenzteilers (9) und einem Sperreingang des Frequenzteilers (9) vorgesehen ist.