DE3538934C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Absenken eines Temperaturniveaus gemäß dem Oberbe
griff des Hauptanspruchs.
Es sind Zentralheizungsanlagen bekanntgeworden, bei denen
eine Wärmequelle, zum Beispiel ein Umlaufwasserheizer
oder Kessel, einen aus einer Vielzahl von Radiatoren
oder Konvektoren bestehenden Heizkreis speist. Hierbei
werden moderne Heizungsanlagen mit Absenk- und Normaltem
peraturzeiten gefahren, wobei zum Beispiel Absenkperioden
am Vormittag, am Nachmittag und in der Nacht vorliegen
können. Diese Absenkwerte können gleich oder unterschied
lich sein, ebenso können die zwischen den Absenkperioden
liegenden Hochtemperaturperioden gleich oder ungleich
hoch in ihren Temperaturniveaus sein. Auch die Perioden
dauern für Absenkung und Hochtemperaturzeiten sind selten
gleich. Geht nun eine Heizungsanlage von einem Hochtempe
raturzustand in eine Absenkung über, so wird in der Regel
der Sollwert der Vorlauftemperatur erniedrigt. Ist nun
die folgende Absenkperiode relativ kurz, so wird im Rah
men des nunmehr für die Heizungsregelung geltenden neuen
Sollwertes in der Regel immer noch Energie zugeführt,
wenn auch auf einem niedrigeren Niveau, wobei eventuell
gar keine Energiezufuhr notwendig wäre, um unter Ausnut
zung des Speichereffekts eine größtmögliche Energieein
sparung zu erzielen. Andererseits kann durch ein völliges
Abschalten der Heizleistung an sich die Möglichkeit des
Einfrierens von Teilen der Zentralheizungsanlage an be
sonders ungeschützten Lagen auftreten. Um dies zu verhin
dern, wird gemäß der DE-OS 33 28 191 die Energie so lange
gesperrt, bis eine Frostschutztemperatur unterschritten
wird.
Weiterhin bekannt ist eine in der DE-AS 28 43 929 be
schriebene Anordnung zum Steuern der Raumtemperatur, bei
der ein Raumtemperaturfühler zwecks Ausschaltung von
Störfaktoren, wie beispielsweise geöffnete Fenster, durch
einen Rechner ersetzt ist, welcher die Raumtemperatur un
ter Berücksichtigung der Gebäudewerte, der Werte der
Heizungs- oder Klimaanlage und der momentanen Witterung
berechnet.
Nachteilig ist bei beiden zitierten druckschriftlichen
Vorveröffentlichungen, daß die Abschaltung der Heizungs
anlage zu einem vorgegebenen Absenkungszeitpunkt erfolgt,
unabhängig davon, ob die Soll-Temperatur im Rahmen übli
cher Regelschwankungen gerade überschritten oder unter
schritten wird. Dadurch kann kurz vor der Absenkung noch
eine unnötige Raumaufheizung stattfinden.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu
grunde, ohne Inkaufnahme einer Behaglichkeitseinbuße eine
möglichst große Energieeinsparung bei Sollwert-Absen
kungen bei einem Verbraucher zu erzielen. Diese Sollwert-
Absenkung ist nicht auf eine Heizungsanlage beschränkt,
ein in seinem Soll-Temperaturzustand variierender Ver
braucher kann ebensogut ein Brauchwasserspeicher oder
eine Fußboden-Strahlungsheizung sein.
Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merk
malen des Hauptanspruchs, und weitere Ausgestaltungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungs
weise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor,
die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fi
guren eins und zwei der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungs
anlage und
Fig. 2 bs 4 Diagramme.
Bei der Zentralheizungsanlage 1 gemäß Fig. 1 ist eine
Wärmequelle 2 in Gestalt eines gas- oder ölbeheizten Um
laufwasserheizers beziehungsweise Kessels oder elek
trischen Durchlauferhitzers beziehungsweise einer
Wärmepumpe vorgesehen, die einen Wärmetauscher 3 auf
weist, der innerhalb einer Brennkammer 4 angeordnet ist
und dem das erwärmte Wasser der Zentralheizungsanlage
über eine mit einem Temperaturfühler 5 versehene Vorlauf
leitung 6 abgeführt wird. Die Vorlaufleitung führt zu
einem Mehrwege-Umschaltventil 14, das einen Stellmotor
15 aufweist, der über eine Stelleitung 16 mit der
Steuerung 13 verbunden ist, an die sich zwei Verbraucher
8 und 9 anschließen, wobei der Verbraucher 8 aus einem
Brauchwasserspeicher, der Verbraucher 9 aus einer Viel
zahl parallelund/oder in Serie geschalteter Heizkörper
oder einer Fußboden-Heizungsanlage besteht, von denen we
nigstens einer innerhalb eines Raumes 10 angeordnet ist,
in dem ein Raumtemperaturfühler 11 vorhanden ist, der
über eine Meßleitung 12 mit einer zentralen Steuer- be
ziehungsweise Regeleinheit 13 verbunden ist.
Rücklaufseitig sind die beiden Verbraucher 8 oder 9 - es
können mehr als zwei Verbraucher sein -
an eine Rücklaufleitung 17 angeschlossen, in
der eine von einem Antriebsmotor 18 antreibbare Umwälz
pumpe 19 vorhanden ist, die ihrerseits rücklaufseitig mit
dem Wärmetauscher 3 verbunden ist. In der Rücklaufleitung
17 ist ein Rücklauftemperaturfühler 20 angeordnet, der
über eine Meßleitung 21 gleichermaßen mit der Steuerung
13 verbunden ist. Weiterhin ist ein Brauchwasser-Tempe
raturfühler 22 im Brauchwasserteil des Verbrauchers 8
vorgesehen, der über eine Meßleitung 23 mit der Steuer-
und Regeleinheit 13 verbunden ist, die ihrerseits
Sollwertgeber 24 und 25 für die angeschalteten Verbrau
cher aufweist. Weiterhin weist die Steuer- und Regelein
heit eine Schaltuhr 26 auf. Den Verbraucher 8 durchsetzt
eine Zapfwasserleitung, die vorlaufseitig des Brauch
wasserspeichers von einem Zapfventil 27 beherrscht ist.
An die Steuer- und Regeleinheit 13 ist über eine Leitung
28 ein Außentemperaturfühler 29 angeschlossen, ferner
über eine Stelleitung 30 ein elektromagnetischer Antrieb
31 eines Magnetventils 32, das eine Gaszuleitung 33 zu
einem den Wärmetauscher 3 beheizenden Gasbrenner 34
beherrscht.
Die Arbeitsweise der Steuer- und Regeleinheit 13 wird nun
anhand der Diagramme der Figur zwei näher erläutert.
Die Fig. 2 zeigt eine Kurve 31, die ein erstes hoch
liegendes Niveau 32, ein zweites im Zeitpunkt t0 hieran
anschließendes tiefes Niveau 33 und ein zum Zeitpunkt t1
ansteigendes, aber nicht ganz auf die Höhe des ersten
Niveaus steigendes Niveau 34 aufweist. Weiterhin ist ein
unter allen Niveaus liegendes weiteres Niveau 35, was
konstant angenommen ist und einen Frostschutz bedeutet,
eingezeichnet.
Vor einem ersten Zeitpunkt t0 herrscht gemäß dem Kurven
teil 32 ein erster Raumtemperatur-Sollwert ϑR-Soll 1,
an den sich zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 ein um we
nigstens Δϑ (z. B. 3 Kelvin) niedriger liegendes zweites Raumtempe
raturniveau ϑ Soll 2 gemäß dem Kurventeil 33 anschließt,
woran sich ab dem Zeitpunkt t1 ein gegenüber dem eben
geltenden Raumtemperatur-Sollwert erhöhtes Temperatur
niveau ϑR Soll 3 gemäß dem Kurventeil 34 anschließt. Es
muß verhindert werden, daß ein hiervon abweichender wei
terer Raumtemperatur-Sollwert ϑR Soll 4 unter
schritten wird, um zu gewährleisten, daß auf keinen Fall
Teile der Heizungsanlage bei extremen Bedingungen ein
frieren (Dauer der Absenkung über ein Wochenende bei er
heblichen Minus-Außentemperaturgraden).
Soll beispielsweise nach dem Schlafengehen der Benutzer
eines Einfamilienhauses zum Zeitpunkt t0 die Raumtempe
ratur zur Nacht abgesenkt werden, wobei diese Nachtab
senkung länger als drei Perioden T des Gebäudes dauert,
so wird die erfindungsgemäße Sparabsenkung eingeleitet.
Das bedeutet, daß zum Zeitpunkt t0 der Brenner erlischt,
die Umwälzpumpe abgeschaltet wird und das Mischventil zu
gefahren wird, so daß der zugehörige Verbraucher, nämlich
die Heizungsanlage, von der Zufuhr warmen Wassers abge
trennt wird. Hiermit wird eine möglichst effektive Ener
gieeinsparung erreicht, da nunmehr der Raumtemperatur-
Istwert schnell auf den jetzt geltenden Raumtemperatur-
Sollwert ϑR Soll 2 absinkt. Dieser Wert gilt nunmehr
als Vorgabe für die weitere Steuerung und Vorlauftempe
raturregelung der Heizungsanlage, nach Erreichen des
neuen Temperatur-Sollwertes und dessen Unterschreiten
wird die Heizungsanlage unter Wiederanspringen des Bren
ners, Öffnen des Mischers und Anlaufen der Pumpe auf den
Sollwert ϑR Soll 2 geregelt. Im Zeitpunkt t1, meistens
zum Aufstehen am frühen Morgen, wird die Heizungsanlage
wieder auf den dann geltenden neuen Raumtemperatur-Soll
wert angehoben.
Liegt die Dauer der Absenkperiode ϑR Soll 2 zwischen
den Zeitpunkten t0 und t1 kleiner als drei Perioden
dauern T des Gebäudes oder beträgt der Absenkbetrag weni
ger als Δϑ (z. B. 3 Kelvin), so wird eine normale Absenkung ohne
Sparabschaltung von der Steuerung gefahren. Die
Ermittlung dieser Werte ist bei Verwendung eines Mikro
prozessors mit entsprechenden Speichern im Rahmen der
Steuer- und Regeleinheit 13 ohne weiteres möglich, da die
Vorgabe der Sollwertgeber 24 oder 25 und die Schaltein
stellungen der Schaltuhr 26 gespeichert und abgefragt
werden können. Damit hat der Mikroprozessor die ent
sprechenden Programmwerte vorgegeben.
Wie die Fig. 3 ausweist, kann bei einem Absenken der
Heizungsanlage von einem Raumtemperatur-Sollwert ϑR Soll 5
gemäß dem Kurvenzug 36 der Kurve 37 auf ein tieferes
Sollwert-Niveau 38 gemäß der Kurve ϑR Soll 6 so ver
fahren werden, daß zunächst der Brenner gemäß der Kurve
39 zum Zeitpunkt t0 abgeschaltet wird und daß die Pumpe
für einen gewissen Kurvenzug 40 bis zu einem Zeitpunkt t6
weiterläuft. Damit soll sichergestellt werden, daß die
noch in der Heizungsanlage gespeicherte Wärme (Kesselin
halt und Rohrinhalt) auf das Gebäude übertragen wird.
Erst wenn der Istwert der Vorlauftemperatur nicht mehr
über dem Raumtemperatur-Istwert liegt, ist der Zeitpunkt
t6 erreicht, und auch die Pumpe wird abgeschaltet. Bei dem
Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist vorgesehen, daß
die Anlage auf jeden Fall einen Frostschutz aufweist. Das
bedeutet, daß bei Unterschreiten der Vor-, Rücklauf- oder
Raumtemperatur unter den Wert ϑR Soll 4 der Kurve 35 in
Fig. 2 auf jeden Fall nachgeheizt wird. Das bedeutet,
daß beispielsweise zum Zeitpunkt t7 die Pumpe wieder ein
schaltet und zum kurz danachliegenden Zeitpunkt t8 auch
der Brenner geschaltet wird. Der Heizungsanlage wird so
viel Wärme zugeführt, daß die Stütztemperatur gemäß der
Linie 35 in jedem Fall erhalten wird. Somit kann es im
Verlauf der Absenkperiode ϑR Soll 6 einige Zuführungs
zeiten von Energie durch die Wärmequelle geben.
Die Fig. 4 nimmt auf einen anderen möglichen Fall
Bezug. Hierbei sind Brenner und Pumpe gemäß den Kurven
zügen 41 und 42 in Betrieb, und der Raumtemperatur-Ist
wert befindet sich gemäß der Kurve 43 über dem gerade zu
diesem Zeitpunkt geltenden Raumtemperatur-Sollwert 44
gemäß der Kurve ϑR Soll 2. Da der Rechner in der Steuer-
und Regeleinheit 13 mühelos erkennen kann, daß der Soll
wert vom Istwert bereits überschritten ist, kann er ein
sofortiges Abschalten des Brenners im Zeitpunkt t2 ver
anlassen und damit sicherstellen, daß Raumtemperatur-
Soll- und -Istwert zum Zeitpunkt t0, also der beginnenden
Sollwert-Absenkung, gleich sind. Hierzu kann es zweck
mäßig sein, die Pumpe gemäß der Kennlinie 42 bis zum
Zeitpunkt t0 weiterlaufen zu lassen, um die Speicher
kapazität der Heizungsanlage auszunutzen. Der Raumtempe
ratur-Istwert wird weiter sinken, die Steuerung geht in
die Sparabsenkung durch Ausschalten sowohl des Brenners
und der Pumpen und Schließen des Mischers, soweit vor
handen. Dieser Zustand dauert so lange, bis im Zeitpunkt
t3 die Stütztemperatur gemäß dem jetzt geltenden Sollwert
jR Soll 2 im Kurvenzug 44 erreicht ist. Zu diesem Zeit
punkt schaltet der Brenner gemäß der Kurve 41 ein, ganz
kurz vorher hat zum Zeitpunkt t4 die Pumpe eingeschaltet.
Aus sicherheitstechnischen Gründen muß zuerst die Pumpe
laufen, bevor die Wärmequelle in Betrieb geht. Nunmehr
wird die Vorlauf- oder Rücklauftemperatur der Heizungs
anlage nach dem geltenden Sollwert ϑR Soll 2 gemäß dem
Kurvenzug 44 geregelt. Findet etwa zum Zeitpunkt t9 ein
Überschwingen des Raumtemperatur-Istwerts über den Raum
temperatur-Sollwert statt und ist zum Zeitpunkt t5 be
reits eine Temperaturanhebung für die Heizungsanlage
geplant, bleiben Brenner und Pumpe von der Regeleinheit
13 weiter in Betrieb, da für den Rechner vorauszusehen
ist, daß aufgrund des baldfolgenden Anhebebefehls ohne
hin Betrieb für die Wärmequelle notwendig ist.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich,
unter maximaler Ausnutzung der Möglichkeiten der Energie
ersparnis ohne Behaglichkeitseinbuße für die Bewohner des
beheizten Gebäudes die Heizungskosten zu minimieren.
Die Erfindung ist auch auf das Aufheizen oder Absenken
von anderen Verbrauchern wie Fußbodenheizungsanlagen oder
Brauchwasserspeicher anwendbar.
Claims (10)
1. Verfahren zum Absenken eines Temperaturniveaus
eines von einer Wärmequelle gespeisten Wärmever
brauchers mittels einer Steuerung, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Verfahren selbstoptimie
rend abläuft, indem die aktuellen Temperaturen
(Raum-, Außen- und Vorlauftemperatur) und die
Schaltzeitpunkte vorhandener Absenkzyklen ge
speichert werden, wobei für den Fall, daß zu ei
nem Zeitpunkt (t2) der Ist-Wert der Raumtempera
tur (ϑR Ist) beziehungsweise eine davon abge
leitete Temperatur den Soll-Wert (ϑR Soll 1) um
einen Mindestbetrag überschreitet und die Zeit
differenz (t0 - t2) bis zur Temperaturabsenkung
einen Höchstwert unterschreitet, eine Abschaltung
oder Drosselung der Wärmequelle bereits zu die
sem Zeitpunkt (t2) erfolgt (Fig. 4).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß bei Überschreiten eines vorgebbaren
Absenk-Temperaturgrenzwertes (ϑR Soll 2,
ϑR Soll 6, jR Soll n) die Energiezufuhr zur
Wärmequelle (1) so lange gesperrt wird, wie eine
vorgebbare weitere Temperaturschwelle
(ϑR Soll 4) nicht unterschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß zur Ermittlung der vorgebbaren weiteren
Temperaturschwelle (35) die Temperatur vorzugs
weise im Rücklauf der Heizungsanlage gemessen
wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung
nur dann stattfindet, wenn ihre Dauer gleich
oder größer 3T ist, wobei T die Zeitkonstante
des beheizten Gebäudes oder eines Brauchwasser
speichers darstellt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß im Zeitpunkt
der Absenkung unter Weiterlaufen der Pumpe zu
nächst der Brenner oder Heizwiderstand oder Kom
pressor abgestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche
mit einem Mischer zwischen der Wärmequelle und
dem angeschlossenen Verbraucher, dadurch gekenn
zeichnet, daß beim Ausschalten des Brenners oder
Heizwiderstandes beziehungsweise Kompressors der
Mischer in der Sparabsenkung zugefahren wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zeit
punkt der Abschaltung (t2) des Brenners danach
bemißt, daß zum eigentlichen gewünschten Absenk
zeitpunkt (t0) Gleichheit zwischen Raumtempera
tur-Ist- und Raumtemperatur-Soll-Wert besteht
(ϑR Soll 1 = ϑR Ist) (beziehungsweise eine
davon abgeleitete Temperatur).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß zuerst der Brenner beziehungsweise Heiz
widerstand oder Kompressor und erst dann die
Pumpe abgeschaltet wird, wobei die Pumpe erst
zum Zeitpunkt t0 des Absenkbeginns spannungslos
gemacht wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der geltende
Absenk-Temperatur-Soll-Wert (ϑR Soll 2) zum
nächst Soll-Wert-Temperatursprung (t5,
ϑR Soll 3) aufgehoben wird, wenn dieser Soll-
Wert-Sprung größer ist als eine vorgebbare
Schwelle.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, daß die vorgebbare weitere Schwelle gleich
oder größer 2 Kelvin gehalten ist.
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DE3538934C2 true DE3538934C2 (de) | 1990-12-06 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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DE (1) | DE3538934A1 (de) |
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