-
Verfahren zum Zuschalten von Heizstufen einer
-
Heizungsanlage und eine Schaltung hierzu Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Zuschalten wenigstens einer weiteren Heizstufe zu einer ersten Heizstufe,
insbesondere Wärmepumpe, einer bi- oder multivalenten Heizungsanlage, bei der die
Vorlauftemperatur des von den Heizstufen zu Raumheizkörpern fließenden Wärme trägers
gemessen wird und das Zuschalten einer weiteren Heizstufe in Abhängigkeit von einer
Änderung der Vorlauftemperatur erfolgt.
-
Ein derartiges Verfahren ist in der DE-OS 31 01 637 beschrieben. Bei
einem solchen Verfahren ist erreicht, daß das Zuschalten einer weiteren Heizstufe
nicht allein von der Außentemperatur abhängig gemacht ist. Dies erhöht den Gesamtwirkungsgrad
der Anlage. Denn die Wärmelieferung einer ersten Heizstufe, insbesondere Wärmepumpe,
wird erst dann durch eine weitere Heizstufe,
beispielsweise einen
Gas- oder Ölheizkesselg unterstützt, wenn der tatsächliche Wärmebedarf von der ersten
Heizstufe allein nicht mehr gedeckt werden kanne In der DE-OS 31 01 637 erfolgt
die Zuschaltung einer zweiten Heizstufe erst dann9 wenn die Temperatur des Wärmeträgers
einen festgelegten unteren Grenzwert unterschreitet und nicht danach innerhalb einer
gewissen Zeit eine Überschreitung des Grenzwerts erfolgt und auch nach Ablauf der
Zeitspanne durch die erste Reiz stufe kein Mindesttemperaturanstieg erreicht wird
Einstellungsprobleme treten bei einem solchen Verfahren auf da einerseits der genannte
untere Grenzwert und anderer seits der Mindesttemperaturanstieg, sowie die genannte
Zeitspanne, typisch 30 min, festgelegt sein müssenO Dies sind Werte, die bei verschiedenen
konkreten Helzungsanm lagen sehr verschieden sein könnens wenn die Forderung gestellt
ist, daß die zweite Heizstufe erst dann zuschaltet, wenn von der ersten Heizstufe9
insbesondere Wärmepumpe, die erforderliche Heizleistung allein nicht mehr aufgebracht
werden kann.
-
In der DE-OS 31 12 220 ist ein ähnliches Verfahren beschrieben. Dort
wird eine weitere Heizstufe erst dann zugeschaltet, wenn die nötige Heizleist;ung
selbst im Dauerbetrieb der ersten Heizstufe nicht mehr aufgebracht werden kann.
Auch hier muß bei der Fest1emg der Festwerte die konkrete Heizungsanlage berücksichtigt
werden.
-
Auch in der DF-OS 31 40 396 ist ein Verfahren beschrioben,
bei
dem die Heizstufen so geschaltet werden sollen, daß eine gewünschte Raumtemperatur
innerhalb einer angemessenen Zeitspanne bei größtmöglichem Wirkungsgrad erreicht
wird. Dort wird anstelle der Vorlauftemperatur die Raumtemperatur erfaßt Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das
die Notwendigkeit der Einstellung von Sollwerten, die die Beheizung beeinflussen,
weitgehend vermeidet, so daß das Verfahren bei unterschiedlich dimensionierten Heizungsanlagen
angewandt werden kann, ohne daß Einstellungen der Heizungsanlage angepaßt werden
müssen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schaltung zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben.
-
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur
des Wärmeträgers gemessen und zyklisch neu gespeichert werden, daß die jeweils gemessene
Vorlauftemperatur bzw. Rücklauftemperatur mit dem jeweiligen gespeicherten Temperaturwert
verglichen werden und daß dann, wenn sowohl die gemessene Vorlauftemperatur als
auch die gemessene Rücklauftemperatur kleiner sind als die jeweiligen gespeicherten
Temperaturwerte, die weitere Heizstufe eingeschaltet wird.
-
Wenn die erste Heizstufe, insbesondere Wärmepumpe, beispielsweise
bei niedrigen Außentemperaturen, nur eine
geringe Leistung erbringt,
sinkt die Vorlauf temperatur Dies allein ist noch kein Zeichen dafür, daß die Leistung
der ersten Heizstufe ungenügend piste Denn oft, beispiels weise wenn die Heizungsanlage
nur wenig Wärme benötigt, genügt die Leistung der ersten Heizstufe0 In diesem Fall
wird die Rücklauftemperatur gleichbleibenO Dementsprechend schaltet die zweite Reiz
stufe auch nach längerer Zeit - nicht ein, wenn die Vorlauftemperatur sinkt, aber
die Rücklauftemperatur gleichbleibt, Sinkt nur die Rücklauftemperatur, beispielsweise
weil die Heizungsanlage momentan eine große Wärmemenge benUtigts und bleibt die
Vorlauftemperatur gleich, dann schaltet die zweite Heizstufe ebenfalls nicht ein.
Denn die erste Heizstufe deckt dann den Wärmebedarf.
-
Erst wenn ein hoher Wärmebedarf mit einer geringen Reizleistung der
ersten Heizstufe zusammenf1llt, sinken die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur.
Dann erfolSI; das Einschalten der zweiten Heizstufe0 Steigen die Vorlauftemperatur
und/oder die Rücklauftemperatur, dann hat dies weder auf das Einschalten noch auf
das Abschalten der zweiten Heizstufe einen Einfluß.
-
Auch niedrige Werte der Vorlauftemperatur und/oder der Rücklauftemperatur
beeinflussen das Schalten der zweiten Heizstufe nicht.
-
Das Absinken der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur wird
dadurch erfaßt, daß zylklische nach einer gewissen Zykluszeit, beispielsweise jede
Minute, die
jeweiligen Temperaturwerte gespeichert werden. Beim
Ablauf der Zykluszeit wird die dann vorliegende tatsächliche Vorlauftemperatur und
Rücklauftemperatur mit der gespeicherten, also vorherigen Temperatur verglichen.
-
Außerdem wird der vorherige Temperaturwert gelöscht und der neue Temperaturwert
eingegeben, Die genannte Zykluszeit ist von der jeweiligen Heizungsanlage, bei der
das Verfahren eingesetzt wird, unabhängig.
-
Sie ist so kurz gewählt, daß sie praktisch bei keiner Heizungsanlage
einen Einfluß auf den Temperaturverlauf in den zu beheizenden Räumen hat. Andererseits
ist sie so lang gewählt, daß eine sinkende Tendenz der Vorlauftemperatur und der
Rücklauftemperatur sicher erfaßt werden kann. Es ist nicht notwendig, daß die Zykluszeiten,
zu denen die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur gespeichert werden, gleich
lang sind.
-
Vorteilhaft ist bei dem beschriebenen Verfahren, daß der von der Außentemperatur
unabhängige Bivalenzpunkt, bei dem die weitere Heizstufe zuschaltet, sich von selbst
an die jeweilige Heizungsanlage anpaßt. Der Bivalenzpunkt ist abhängig davon, ob
die Anlage überdimensioniert oder unterdimensioniert ist, ohne daß jedoch dies zunächst
ermittelt und dementsprechende Einstellungen getroffen werden müssen. Das Verfahren
eignet sich somit auch für eine Nachrüstung bereits bestehender Heizungsanlagen.
-
Das Verfahren kann auch angewandt werden, wenn mehrere Heizstufen
nacheinander eingeschaltet werden sollen
(Multivalenzbetrieb).
Es eignet sich bei lSErmepumpen mit mehreren Leistungsstufen, bei der Kombination
von Wärmepumpen mit Öl- oder Gasheizkesseln und insbesondere bei der Kombination
einer mehrstufigen Wärmepumpe mit einem Ölheizkessel.
-
In Ausgestaltung der Erfindung wird die weitere Heizstufe, dann wenn
die gemessene Vorlauftemperatur und die genes sene Rücklauftemperatur kleiner sind
als die jeweils gespeicherten Temperaturwerte (Einschaltkriterium) erst nach einer
Vergleichszeit eingeschaltet, die länger als die Zykluszeit ist. Dabei wird vorzugsweise
in der Vergleichszeit das Einschaltkriterium mehrmals erfaßt. Die weitere Heizstufe
wird dann eingeschaltet, wenn das Einschaltkriterium bei jeder Erfassung- vorlag0
Dadurch ist erreicht, daß die weitere Heizstufe erst dann einschaltet, wenn.die
fallende Tendenz der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur beständig ist,
was durch die mehrmalige, beispielsweise dreimalige Erfassung des Ein schaltkriteriums
überprüft ist. Ein kurzzeitiges Absinken der Vorlauftemperatur und der kücklauftemperatur,
wie es beispielsweise eintreten kann, wenn einer oder mehrere abgeschaltete Heizkörper
eingeschaltet werden9 führt also noch nicht zum Einschalten der weiteren Heizstufe.
-
Es kann auch genügen, nach einem Temperaturvergleich zu Beginn der
Vergleichszeit vor Ablauf der Vergleichszeit nochmals zu überprüfen, ob die TorlErtlfitemperatur
und die Rücklauftemperatur noch immer kleiner sind als die zuvor gespeicherten Werte.
-
In Weiterbildung der Erfindung bleibt nach dem Auftreten des Einschaltsignals
die weitere Heizstufe für eine Abkühlzeit abgeschaltet. Diese beträgt beispielsweise
30 min. Es wird dabei eine Abkühlung des Heizsystems in Kauf genommen. Günstig dabei
ist, daß die Betriebsdauer der weiteren Heizstufe verlängert ist. Dies verbessert
den Wirkungsgrad der weiteren Heizstufe, insbesondere wenn diese ein ölbeheizter
Heizkessel ist.
-
Denn dieser wiirde bei zu kurzen Betriebsphasen Ruß ansetzen, was
seine Leistung mindert. Außerdem t\rürde durch Kondensation an den Heizflächen des
Heizkessels zusammen mit dem Schwefelgehalt des Öls schweflige Säure entstehen.
-
Ist die genannte Abkuhlzeit von 30 bis 40 min vorgesehen, dann kann
in der Praxis der Fall auftreten, daß die Außentemperatur gegen Ende der Abkühlzeit
bereits wieder soweit angestiegen ist, daß sich ein Zuschalten der weiteren Heizstufe
erübrigt. Um dies zu berücksichtigen, wird vorzugsweise die Außentemperatur gemessen
und zyklisch gespeichert und dann, wenn die jeweils gemessene Außentemperatur den
gespeicherten Wert-übersteigt, wird das Einschaltsignal unterbrochen. Es ist also
erreicht, daß bei zwar fallender Tendenz der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur,
jedoch steigender Tendenz der Außentemperatur die weitere Heizstufe nicht zugeschaltet
wird, da anzunehmen ist, daß in Kürze die Leistung der ersten Heizstufe genügt.
-
Das Abschalten der Heizstufen ist von dem üblicherweise
bei
der Heizungsanlage vorgesehenen Regelaggregat gesteuert, das in Abhängigkeit von
einer gewünschten Heizkurve, die auch die Außentemperatur erfaßt, arbeitet.
-
Die kennzeichnenden Merkmale der erfindungsgemäßen Schaltung ergeben
sich aus Anspruch 7.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung und den Unteransprüchen. In der Zeichnung Zeichnung zeigen
Figur 1 schematisch eine Heizungsanlage mit einer WärZ mepumpe und einem Ölkessel,
Figur 2 ein Blockschaltbild der zur Zuschaltung des Ölkessels vorgesehenen Teilschaltung,
wobei zusätzlich Anschlüsse für eine dritte und vierte Heizstufe vorgesehen sind
und Figur 3 ein Zeitdiagramm.
-
Eine Wärmepumpe 1 bildet eine erste Heizstufe einer Heizungsanlage.
Als zweite Heizstufe ist ein Ölkessel 2 vorgesehen. Die Wärmepumpe 1 und der Ölkessel
2 sind über ein Vierwegeventil 3 an eine Vorlaufleitung 4 angeschlossen, an der
eine Umwälzpumpe 5 Wasser zu Reizkörpern 6 fördert. Eine Rücklaufleitung 7 führt
zu der Wärmepumpe 1. An der Vorlaufleitung 4 ist ein Vorlauftemperaturfühler
8
und an der Rücklaufleitung 7 ist ein Rücklauftemperaturfühler 9 angeordnet. Der
Vorlauftemperatulfühler 8 und der Rücklauftemperaturfühler 9 liegen über nicht näher
dargestellte Temperatur/Spannungswandler und Leitungen 10 bzw. 11 an einem Regelaggregat
12, an das über eine Leitung 13 und einen nicht näher dargestellten Temperatur/Spannungswandler
ein Außentemperatur fühler 14 angeschlossen ist. Das Regelaggregat 12 steuert über
eine Leitung 15 in üblicher Weise die Wärmepumpe 1 in Abhängigkeit von der Außentemperatur
und/oder der Raumtemperatur. Im Regelaggregat 12 ist eine zusätzliche Schaltung
(vgl. Figur 2) vorgesehen, durch die über eine Leitung 16 der Ölkessel 2 und ein
Stellmotor 17 des Ventils 3 geschaltet werden.
-
In der zusätzlichen Schaltung liegen an den Leitungen 10, 11 und 13
Speicher 18, 19 und 20. Ausgangsseitig liegen an den Speichern 18, 19, 20 Komparatoren
21, 22 und 23, an die auch die Leitungen 10, 11 bzw. 13 direkt angeschlossen sind.
Die Speicher 18, 19, 20 sind so ausgelegt, daß sie nach einer gewissen Zeitspanne,
beispielsweise 1 min, die jeweils herrschende Temperatur erfassen.
-
Hierfür steht an einer Leitung 24 ein Taktsignal an, das die Speicher
18, 19 und 20 zyklisch löscht.
-
Den Komparatoren 21 und 22 sind UND-Gatter 25 und 26 nachgeschaltet.
An deren anderen Eingang liegt ebenfalls das Taktsignal der Leitung 24.
-
An die UND-Gatter 25 und 26 sind Zähler 27 und 28 angeschlossen,
die
ein Ausgangssignal aDgebenf wenn an ihrem Eingang eine bestimmte Zahlt beispielsweise
3, Eingangsimpulse aufgetreten sind0 An den Rücksetzeingängen der Zähler 27 und
28 liegt über einen einen weiteren Zähler 29 gleicher Art das Taktsignal der Leitung
24.
-
Der Zähler 29 gibt nach einer bestimmten Anzahl von Taktimpulsen,
beispielsweise 39 ein Rücksetzsigual an die Zähler 27 und 28. Über ein RO-Glied
R, C setzt er sich selbst zurück.
-
Den Zählern 27 und 28 sind ODER-Gatter 30 und 31 nachgeschaltet. Deren
Ausgänge liegen an einem UND-Gatter 32.
-
An einem dritten Eingang des UND-Gatters 32 liegt eine Schaltleitung
33 des Schaltaggregats 12, an der ein Schaltsignal ansteht, wenn ein Reizen nötig
ist.
-
Am Ausgang des UND-Gatters 32 liegt ein Verzögerungsglied 34, welches
beispielsweise auf 30 min eingestellt ist. Ausgangsseitig ist das Verzögerungsglied
34 mit der Leitung 16 verbunden. Zur Überbrückung des Verzögerungsgliedes 34 ist
ein manuell zu betätigender Schaltkontakt 35 vorgesehen. Dieser ist mechanisch mit
einem Umschaltkontakt 36 gekoppelt. Der Umschaltkontakt 36 liegt einerseits an den
beiden zweiten Eingängen der ODER-Gatter 30 und 31. Andererseits liegt der Umschaltkontakt
36 direkt am Ausgang des Verzögerangsgliedes 34 und indirekt über ein UND-Gatter
37 an diesem.
-
An dem zweiten Eingang des UNDGatters 37 liegt der Ausgang des Komparators
23.
-
Die Funktion der beschriebenen Schaltung wird anhand der Figur 3 erörtert.
Bei a ist ein Vorlauftemperatur-Verlauf, bei b ein Rücklauftemperatur-Verlauf und
bei c ein Außentemperatur-Verlauf dargestellt. Bei d sind die Einschaltzustände
der Wärmepumpe 1, des Ölkessels 2 und des Regelaggregats 12 dargestellt.
-
Zum Zeitpunkt tl schaltet das Regelaggregat 12 die Wärmepumpe 1 ein.
Dadurch steigt die Vorlauftemperatur TV an. Bis zum Zeitpunkt t2 weist die Vorlauftemperatur
TV und die Rücklauftemperatur TR zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig fallende Tendenz
auf. Zwischen dem Zeitpunkt tl und t2 wird immer wieder (Zykluszeit), beispielsweise
jede Minute der dann herrschende Vorlauftemperaturwert und der Rücklauftemperaturwert
in die Speicher 18 bzw. 19 eingegeben. Die Komparatoren 21 und 22 vergleichen ständig,
ob die tatsächlich herrschende Temperatur kleiner als die gespeicherte Temperatur
ist. Dies ist für die Vorlauftemperatur beispielsweise im Zeitpunkt t3 der Fall.
-
Dementsprechend gibt nach der vom Zähler 28 bestimmten Vergleichszeit
der Komparator 22 ein Schaltsignal an das UND-Gatter 32. An diesem liegt auch das
Einschaltsignal des Regelaggregats 12 an. Allerdings liegt kein Schaltsignal aus
dem Komparator 21 vor, da die Rücklauftemperatur zum Zeitpunkt t3 nicht niedriger
ist als vorher.
-
Dementsprechend entsteht am Ausgang des UND-Gatters 32 kein Einschaltbefehl,
Zum Zeitpunkt t2 hat die Rücklauftemperatur TR einen Sollwert erreicht. Dementsprechend
schaltet das Regelaggregat
12 die Wärmepumpe 1 ab. An der Leitung
33 ver schwindet das Schaltsignal. Dementsprechend entsteht im Zeitpunkt t4 kein
Einschaltbefehl am Ausgang des UND-Gatters 32, obwohl sowohl die Vorlauftemperatur
als auch die Rückl auft emperatur abgesunken sind.
-
Zum Zeitpunkt t5 schaltet das Regelaggregat 12 die Wärmepumpe 1 erneut
ein. Eine Speicherung der Vorlauf-und der Rücklauftemperatur erfolgt im Zeitpunkt
t6.
-
Im Zeitpunkt t7 - nach der Vergleichszeit - sind sowohl die Vorlauftemperatur
als auch die Rücklauftemperatur demgegenüber abgesunken. Somit liegen Schaltsignale
vom Komparator 22, vom Komparator 21 und vom Regelaggregat 12 am UND-Gatter 32,
so daß an dessen Ausgang ein Einschaltbefehl entsteht. Beim Auftreten des Einschaitbefehls
schaltet der Ölkessel 2 - bei der in Figur 2 dargostellten, für den Ölkessel vorgesehenen
Schaltstellung der Kontakte 35 und 36 - noch nicht sofort ein. Die Vorlauftemperatur
und die Rücklauftemperatur sinken weiter.
-
Erst nach der vom Verzögerungsglied 34 bestimmten Abkühlzeit von beispielsweise
30 bis 40 min, schaltet der Ölkessel 2 ein, Dies jedoch nur wenn die ebenso wie
die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur zyklisch erfaßte Außentemperatur
TA in dieser Zeit nicht ansteigt.
-
Dabei liegen an beiden Eingängen des UND-Gatters 37 Signale, so daß
über den Umschaltkontakt 36 und die ODER-Gatter 30 und 31 der Einschaltzustand aufrechterhalten
bleibt, bis das Signal an der Leitung 33 verschwindet.
-
Steigt während der Abkühlzeit die Vorlauftemperatur oder
die
Rücklauftemperatur, dann wird der Einschaltbefehl abgeschaltet, so daß nach dem
Ende der Abkühlzeit kein Einschalten erfolgt. Steigt während der Abkhhlzeit die
Außentemperatur TA über den im Speicher 20 festgehaltenen Wert, dann steht am einen
Eingang des NARD-Gatters 37 kein Signal, so daß nach der Abkühlzeit ein Einschaltsignal
an der Leitung 16 nicht aufrechterhalten wird, so daß der Ölkessel 2 nicht einschaltet.
-
Wird als zweite Heizstufe kein Ölkessel oder keine andere träge Feuerungsanlage,
sondern eine zweite Wärmepumpenstufe verwendet, dann werden die Schaltkontakte 35
und 36 manuell umgeschaltet. Das Verzögerungsglied 34 ist damit vom Schaltkontakt
35 überbrückt, also wirkungslos. Der Ausgang des UND-Gatters 32 liegt über den Schaltkontakt
35 und den Umschaltkont£nt 36 an den ODER-Gattern 30 und 31, wodurch ein erfolgtes
Einschalten der zweiten Wärmepumpenstufe aufrechterhalten bleibt, bis das Signal
an der Leitung 33 verschwindet.
-
In Figur 2 sind ein Anschluß 38 für eine dritte Heizstufe und ein
Anschluß 39 für eine vierte Heizstufe vorgesehen. Vor dem Anschluß 3S liegen ein
Verzögerungsglied 40, das dem Verzögerungsglied 34 entspricht, und ein WiD-Gatter
41. Vor dem Anschluß 39 liegen in Reihe ein Verzögerungsglied 42, das dem Verzögerungsglied
34 entspricht und ein UND-Gatter 43. Die UND-Gatter 41 und 43 liegen jeweils an
den Ausgängen der Zähler 27 und 28.
-
An einen dritten Eingang des UND-Gatters 41 ist ein Verzögerungsglied
44 angeschlossen, das mit der Leitung 16
verbunden ist. An einem
dritten Eingang des UND-Gatters 43 liegt ein Verzögerungsglied 45, das mit dem Ausgang
des UND-Gatters 41 verbunden ist. Die Verzögerungsglieder 40 und 42 sind mittels
Schaltkontakten 46 und 47 überbrückbar. Ist die zweite Heizstufe über die Leitung
16 eingeschaltet, dann wird nach der Verzögerungszeit, beispielsweise 40 min des
Verzögerungsgliedes 44 am einen Eingang des UND-Gatters 41 ein Signal auftreten.
-
Haben gleichzeitig die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur
trotz der eingeschalteten zweiten Heizstufe fallende Tendenz, dann schaltet das
UND-Gatter 41 entweder über das Verzögerungsglied 40 oder sofort die dritte Heizstufe
ein, Ist dies erfolgt, dann tritt nach einer weiteren Verzögerungszeit, von beispielsweise
ebenfalls 40 min, die vom Verzögerungsglied 45 bestimmt ist, am einen Eingang des
UND-Gatters 43 ein Signal auf. Weisen gleichzeitig die Vorlauftemperatur und die
Rücklauftemperatur immer noch fallende Tendenz auf, wird die vierte Heizstufe entweder
direkt oder über das Verzögerungsglied 42 eingeschaltet. Das Abschalten aller Heizstufen
ist von dem Regelaggregat 12 gesteuert.
-
Falls es erwunscht ist, kann die beschriebene Außentemperaturerfassung
auch für die dritte und vierte Heizstufe verwendet werden, so daß die dritte Heizstufe
bzw. die vierte Heizstufe nicht einschalten, wenn die Außentemperatur steigende
Tendenz hat,
Im Ausführungsbeispiel ist der Parallelbetrieb der
Heizstufen beschrieben. Bei entsprechend unterschiedlicher Auslegung der Heizstufen
ist es auch möglich, mit der beschriebenen Schaltung eine Alternativschaltung der
Heizstufen zu erreichen. Es braucht in diesem Fall zusätzlich lediglich die erste
bzw. vorhergehende Heizstufe abgeschaltet werden, wenn die zweite bzw. die nächste
Heizstufe eingeschaltet wird.