DE3518889A1

DE3518889A1 - Verfahren und vorrichtung zum regeln von heizanlagen

Info

Publication number: DE3518889A1
Application number: DE19853518889
Authority: DE
Inventors: Janos 7815 Kirchzarten Györvari
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-25
Filing date: 1985-05-25
Publication date: 1986-11-27
Also published as: CH671108A5

Description

Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von Heizanlagen entsprechend dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
Bei bisher bekannten Heizanlagen erfolgt deren Regelung (Einschaltung einer oder mehrerer Brennstufen und Steuern von deren Betriebszeit) unter Zuhilfenahme von Meßwerten der Vorlauftemperatur der Heizanlage. Unter "Vorlauftemperatur" versteht man in Fachkreisen die Temperatur des Wasserkreislaufes, die sich kurz nach dem Durchlaufen einer Brennstufe, also vor dem Erreichen einer Verbrauchsstelle ergibt. Solche bekannten Heizanlagen besitzen eine mit einem Außentemperatur-Fühler versehene Steuereinrichtung und man gibt in aller Regel bei dieser Steuereinrichtung einen Steuerkurvenverlauf vor, der eine Beziehung zwischen der Außentemperatur und der Vorlauftemperatur derart herstellt, daß beim Unterschreiten des Meßwertes einer vorgegebenen Vorlauftemperatur beim Vorliegen einer bestimmten Außentemperatur eine Brennstufe eingeschaltet bzw. eine weitere Brennstufe zugeschaltet wird. Wird die vorgegebene Vorlauftemperatur, gewöhnlich unter Berücksichtigung eines Toleranzbereiches, überschritten, wird die entsprechende Brennstufe ausgeschaltet. Derartige vorbekannte Regelverfahren haben noch erhebliche Nachteile. Es besteht nämlich, wie vorbeschrieben, eine feste Zuordnung von der Außentemperatur zur Vorlauftemperatur, ohne daß der tatsächliche jeweilige Wärmebedarf der Verbrauchsstellen gebührend mitberücksichtigt wird.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Regeln von Heizanlagen gemäß dem Oberbegriff des zweiten Anspruches. Bei derartigen bekannten Vorrichtungen ist der der Steuereinrichtung zugeordnete Wasserkreislauf-Temperaturmesser unmittelbar hinter einer Brennstufe angeordnet, gibt also die "Vorlauftemperatur" als Regelimpuls in die Steuereinrichtung. Es ergeben sich dann die Nachteile, wie sie vorstehend in Verbindung mit dem Verfahren bereits erwähnt wurden.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln von Heizanlagen zu schaffen, bei der unter Vermeidung der Nachteile von vorbekannten Regelungen dieser Art der Energieverbrauch von Heizanlagen vermindert wird, ohne daß es praktisch zu einer Minderung des Komforts der Heizanlage für den Benutzer kommt.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art insbesondere in den Kennzeichnungsmerkmalen des ersten Anspruches. Durch diese Maßnahmen ist es möglich, häufiges Ein- und Ausschalten einer Brennstufe wesentlich zu vermindern und es werden unter Berücksichtigung des tatsächlichen Wärmebedarfs jeweils nur so viel Brennstufen eingeschaltet, wie es die Belastung verlangt. Eine Arbeitsweise mit intermittierendem Betrieb mit kurzen Brennintervallen der Brennstufen ist bezüglich des Brennstoffverbrauches der Heizanlage unrentabel und kann in erheblichem Ausmaß vermindert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung betreffend die vorstehend erwähnte Vorrichtung ist insbesondere im Kennzeichnungsteil des zweiten Anspruches aufgeführt. Es ergeben sich daraus die in Verbindung mit dem Verfahren bereits erwähnten, analogen Vorteile.
Im weiteren Unteranspruch ist eine vorteilhafte, konkrete Ausführung einer Weiterbildung der Vorrichtung aufgeführt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispieles und seiner Arbeitsweise noch näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 ein Schema einer Heizanlage und Fig. 2 ein Steuerkurven-Diagramm.
Im Schema einer im ganzen mit 1 bezeichneten Heizanlage sind eine erste Brennstufe mit 2, eine zweite Brennstufe mit 3 sowie eine dritte Brennstufe mit 4 bezeichnet. Diese Brennstufen 2 bis 4 können durch gas-, öl- oder z. B. auch feststoffbeheizte Heizkessel gebildet sein. Von der Brennstufe 2 führen Rohrleitungsabschnitte 5 und b zu einem Sammel-Vorlauf. Dorthin führen auch von der Brennstufe 3 Rohrleitungsabschnitte 7 und 6, während von der dritten Brennstufe 4 ein Rohrleitungsabschnitt 8 über den Rohrleitungsabschnitt 6 zum Sammelvorlauf 20 führt. Unterschiedliche Verbrauchsstellen wie z. B. Heizkörper, Schwimmbecken, Bad, gegebenenfalls auch Warmwasser-Wärmetauscher sind als schematisches Blockbild mit 10 bezeichnet. Von dem Sammel-Vorlauf 20 führen verschiedene Rohrleitungsabschnitte 11 a bis 11 d zu den Verbrauchsstellen 10 und von diesen führen Rohrleitungsabschnitte 12 a bis 12 d zu einem Sammel-Rücklauf 21. An diesen schließen sich über die Rücklauf-Leitungsabschnitte 14 und 15, 14, 16 und 17 sowie 14, 18 und 19 die Brennstufen 2, 3 und 4 an, so daß sich bei der Heizanlage 1 in der üblichen Weise ein geschlossener Wasserkreislauf ergibt. Mit 24. 25 und 26 sind steuerbare Ventile in dem Rohrleitungsabschnitt 15 bzw. in weiteren Rohrleitungsabschnitten 27 und 28 bezeichnet F 3 stellt einen Außentemperatur-Fühler dar, der außerhalb einer Gebäudewand Jo angebracht ist. Wenn nur die Brennstufe 2 in Betrieb ist, sind die beiden steuerbaren Ventile 25 und 26 geschlossen; ist dagegen nur die Brennstufe 3 in Betrieb, sind die beiden steuerbaren Ventile 24 und 26 geschlossen. Analoges gilt, wenn nur die Brennstufe 4 oder mehrere der Brennstufen 2, 3 bzw. 4 gleichzeitig in Betrieb sind. Im letzteren Fall sind dann zwei dieser Ventile 24 bis 26 oder alle drei steuerbaren Ventile 24 bis 26 offen. Mit 31 ist noch eine nur schematisch angedeutete elektronische Steuereinrichtung bezeichnet. Sie steht in (nicht dargestellter) elektrischer Verbindung zum Außentemperatur-Fühler F 3 sowie zu den Brennstufen 2, 3 und 4 und den steuerbaren Ventilen 24, 25 und 26.
Es gehört nun mit zur Erfindung, daß die Temperatur t 1 des Wasserkreislaufes der Heizanlage 1 an der Rücklaufstelle 32 für den Gesamt-Kreislauf der Heizanlage 1 gemessen wird. In Fig. 1 erkennt man, daß dazu in dem Leitungsabschnitt 15 unmittelbar vor den steuerbaren Ventilen 24, 25 und 26 auf der Rücklaufseite ein Regelfühler F 1 angebracht ist. Er steht mit der Steuereinrichtung 31 in (nicht gezeichneter) elektrischer Verbindung. Dabei ist die Steuereinrichtung 31 in noch nachstehend zu beschreibender Weise so eingerichtet, daß beim Unterschreiten einer der Außentemperatur zugeordneten Wasserkreislauf-Temperatur t 1 eine Brennstufe 2, 3 oder 4 eingeschaltet und gegebenenfalls je eine weitere dieser brennstufen zugeschaltet wird. überschreitet das Wasser an der Rücklaufstelle 32 die vorgegebene Temperatur t 1, schaltet die Steuereinrichtung 31 entsprechend eine der Brennstufen 2, 3 oder 4 wieder ab, An der gleichen Rücklaufstelle 32, in Fig. 1 der besseren Übersicht wegen etwas räumlich getrennt dargestellt, befindet sich noch ein Begrenzungsfühler F 2, der ebenfalls in (nicht dargestellter) elektrischer Verbindung mit der Steuereinrichtung 31 steht. Dieser Begrenzungsfühler F 2 mißt, ob die zulässige Mindesttemperatur des bzw. der Kessel der einzelnen Brennstufen 1, 2 oder 3 unterschritten wird.
Wenn dies auf einem entsprechend tiefen Absinken der Wasserkreislauf-Temperatur t 1 an der Rücklaufstelle 32 beruht, sorgt die Steuereinrichtung 31 dafür, daß die angesteuerten Brennstufen 2, 3 oder 4 ihren Betrieb aufnimmt und ein Unterschreiten der zulässigen Kesselmindesttemperatur vermieden wird.
Die Einrichtung und Arbeitsweise der Steuereinrichtung 31 wird nachstehend anhand des Steuerkurven-Diagrammes nach Fig. 2 erläutert. Auf der Abszisse ist die Außentemperatur T in Grad Celsius im Bereich von + 200 bis - 150 aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Wasserkreislauf-Temperatur t der Heizanlage 1 im Bereich zwischen + 300 und + 800 C aufgetragen. Die gestrichelt eingetragene Steuerkurve 35 ist der Vorlauftemperatur bei bisher bekannten Anlagen zugeordnet. Herrschen beispielsweise - 20 C Außentemperatur, stößt die senkrechte strichpunktierte Linie 36 bei Punkt 37 auf die gestrichelte Kurve 35. Die bisher bekannten Steuereinrichtungen waren mit Hilfe einer entsprechenden Steuerkurve so eingerichtet, daß bei der dem Punkt 37 zugeordneten Wasservorlauf-Temperatur (im Diagramm 640 C) eine Brennstufe eingeschaltet oder eine weitere Brennstufe zugeschaltet wurde.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die durch die gestrichelte Kurve 35 dargestellte Steuercharakteristik durch eine in Fig. 2 durchgehende Gerade 38 repräsentiert. Sie endet unten in Punkt 39, wo sich eine horizontale, als Doppellinie dargestellte Gerade 40 anschließt, welche die Kessel-Mindesttemperatur repräsentiert. Herrscht beispielsweise wiederum eine Außentemperatur T, = - 20 C, die vom AuSentemperatur-Fühler F 3 der Steuereinrichtung 31 eingegeben wird, und folgt man wiederum der strichlinierten Geraden 36 im Steuerkurven-Diagramm, gelangt man an den Punkt 41 der Geraden 38. Diesem ist auf der Abszisse eine vom Regelfühler F 1 aufzunehmende Temperatur t = 540 C zugeordnet.
Das bedeutet, daß die Steuereinrichtung 1 eine Brennstufe 2, 3 oder 4 einschaltet, wenn der entsprechende Wert der Wasserkreislauf-Temperatur t 1 an der Rücklaufstelle 32 erreicht oder unterschritten wird. Dem Begrenzungsfühler F 2 ist im Steuerkurven-Diagramm die waagerechte Gerade 40 zugeordnet. Das bedeutet, daß die Steuereinrichtung 31 so eingerichtet ist, daß, wenn die Wasserkreislauf-Temperatur t 1 an der Rücklaufstelle 32 unterhalb der Werte fällt, die unterhalb der Steuergeraden 38 bzw. 40 liegen, eine bzw. mehrere Brennstufen zugeschaltet werden. Liegt die Wasserkreislauf-Temperatur t 1 an der Rücklaufstelle für den Gesamt-Kreislauf der Heizanlage oberhalb der im Diagramm durch die Geraden 38 und 40 begrenzten Werte, werden entsprechende Brennstufen 2, 3 oder 4 abgeschaltet. Die Erfindung macht sich dabei folgende Erkenntnisse zunutze: a) Eine Heizanlage bzw. deren Wärmeenergie-Erzeuger muß entsprechend den hier herrschenden Klimaverhältnissen und Vorschriften auf Außentemperaturen von z. B. - 150 C ausgelegt werden. Im Bereich der Bundesrepublik Deutschland oder vergleichbaren westeuropäischen Gebieten treten Außentemperaturen zwischen - 5° bis - 15 C jedoch nur zu einem prozentual geringen zeitlichen Anteil auf, nämlich etwa 5 bis 7 % des Zeitanteils einer Heizperiode. Bei einem Zeitanteil von etwa 60 % der Heizperioden-Dauer liegen die Außentemperaturen in der Regel zwischen + 5° und - 50 C und während des restlichen Zeitanteils von etwa 30 % der Heizperiode liegen die Außentemperaturen zwischen + 5° und + 20° C. Daraus ergibt sich: Ein korrekt berechneter Wärmeenergie-Erzeuger ist während etwa 90 % der Zeitdauer einer Heizperiode größer als die momentan von ihm abverlangte Wärmeenergie-Erzeugung dies erfordert.
b) Mißt man die Temperatur t 1 des Wasserkreislaufes der Heizanlage 1 an der Rücklaufstelle 32 für den Gesamt-Energiekreislauf, so wird auch die Trägheit des Wärmeinhaltes der Wassermengen, die sich in der Heizanlage 1 befinden, mit-ausgenutzt, um eine systemgerechte Steuerung der Brennstufen zu begünstigen.
Bei vorbekannten Heizanlagen, wo die Steuerung über Meßwerte der Vorlauftemperatur erfolgt, ergeben sich, da diese Vorlauftemperatur sich verhältnismäßig schnell verändert, vergleichsweise kurze Ein- und Ausschaltintervalle, die man allenfalls durch ein Zeitrelais verlängern kann. Dieses Zeitrelais hat jedoch in der Regel keinen direkten Bezug zum tatsächlichen Wärmebedarf einer Heizanlage 1. Dagegen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Trägheit des Wärmeinhaltes der Wassermengen mit-ausgenutzt werden, um längere Brennzeiten der einzelnen Brennstufen zu erreichen, wodurch ohne Verwendung eines Zeitrelais die Laufzeit der einzelnen Brennstufen so gesteuert werden können, daß Betriebsunterbrechungen bei diesen Brennstufen erheblich vermindert oder zum Teil vermieden werden können. Es werden, unter Berücksichtigung des tatsächlichen Wärmebedarfes der Heizanlage 1, jeweils nur so viel Brennstufen 2, 3, 4 usw. eingeschaltet, wie es die Belastung verlangt. Dadurch, daß kurzzeitig - intermittierendes Ein- und Ausschalten von Brennstufen erheblich reduziert werden, kann man bis zu 10 % der Energiekosten, u. U. sogar bis über 20 % einsparen.
Nachstehend wird die Betriebsweise noch an einem tatsächlich durchgeführten Beispiel einer Heizanlage mit sechs Brennstufen erläutert. Um 6 Uhr herrscht eine Außentemperatur von + 50 und es werden von 6 bis 8 Uhr zwei Brennstufen eingeschaltet. Von Beginn der Gebäudebenutzung, nämlich 8 Uhr, bis Benutzungsende, nämlich ca. 14 Uhr, läuft nur eine Brennstufe. Die zweite bis sechste Brennstufe werden gar nicht eingeschaltet. Die erste, nach 8 Uhr in Betrieb befindliche Brennstufe schaltet nach 14 Uhr (Benutzungsende) über das Zeitprogramm auf Sparbetrieb, durch den nur noch die minimale Kesseltemperatur aufrechterhalten wird.
Alle vorbeschriebenen und in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

- Zus pRassung -

- Leerseite -

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Regeln von Heizanlagen Patentansprüche 1. Verfahren zum Regeln von Heizanlagen, bei dem die Außentemperatur sowie eine Wasserkreislauf-Temperatur der Heizanlage als Regel-Impulse gemessen werden und eine elektronische Steuereinrichtung aufgrund der Meßwerte dieser Regel-Impulse die Heizanlage steuert, d a d u r c h gek e n n z elchn e t , daß die Wasserkreislauf-Temperatur Xt 1) an der Rücklaufstelle (32) für den Gesamt-Kreislauf gemessen und die Steuereinrichtung (31) eine Brennstufe (2, 3 oder 4) der Heizanlage (1) steuert und/oder weitere Brennstufen zu- oder abschaltet in Abhängigkeit der Temperatur (t 1) an dieser Rücklaufstelle (32) unter Berücksichtigung der Kesselmindesttemperatur.
2. Vorrichtung zum Regeln von Heizanlagen nach Anspruch 1, mit einem Außentemperatur-Fühler, einem Wasserkreislauf-Temperaturmesser bei der Heizanlage und einer Steuereinrichtung dafür, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Wasserkreislauf-Temperaturmesser (Regelfühler F 1) an der Rücklaufstelle (32) für den Gesamt-Kreislauf angeordnet ist und die Steuereinrichtung (31) eine Steuerzuordnung hat, die in Abhängigkeit der Temperatur (t 1) and er Rücklaufstelle eine Brennstufe (2, 3 oder 4) der Heizanlage (1) steuert und/oder Brennstufen zu- und abschaltet.
3. Heizanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise an der Rücklaufstelle (32) für den Gesamt-Kreislauf, ein weiteres Wasserkreislauf-Temperatur-Meßgerät (Begrenzungsfühler F 2) für die Steuerung der Kessel-Minimaltemperatur vorgesehen ist.

- Beschreibung -