-
Verfahren zum Aufheizen wenigstens zweier Verbraucher
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen
wenigstens zweier Verbraucher.
-
Solche Verfahren sind bei Heizungsanlagen unter dem Thema der Schnellaufheizung
bekanntgeworden, wenn beispielsweise von einem Kessel eine Zentralheizungsanlage
zu einem festgesetzten Zeitpunkt, in der Regel dem aktiven Benutzen eines Hauses
durch die Bewohner beim morgendlichen Aufstehen, von einem ersten abgesenkten Temperaturniveau
auf ein zweites demgegenüber höheres Temperaturniveau aufgeheizt werden soll. Bei
der Schnellaufheizung bemüht man sich, den Zeitpunkt zu finden, zu dem die Anlage
in ihrem Sollwert hochgeschaltet werden muß, damit der Regler der Heizungsanlage
durch Erhöhen der Vorlauftemperatur die gewünschte Raumtemperatur zum vorgegebenen
Zeitpunkt sicherstellen kann.
-
Diese Schnellaufheizungsverfahren stoßen aber dann sehr schnell an
ihre Grenzen, wenn es darum geht, mehrere Verbraucher hochzuheizen, und zwar zudem
noch auf unterschiedliche Temperaturniveaus und auch auf unterschiedliche Zeitpunkte.
Beispielsweise, wenn ein Umlaufwasserheizer sowohl zur Speisung eines Brauchwasserbereiters
als auch zur Speisung einer Heizungsanlage notwendig ist, versagt die herkömmliche
Heizung, weil bei solchen Umlaufwasserheizern in der Regel der Brauchwasserkreis
Vorrang vor dem Heizkreis bekommt. Wird nur eine ausreichende Brauchwasserleistung
in Anspruch genommen, hat die Wärmequelle keine Möglichkeit mehr, die angeschlossenen
Räume der Zentralheizung auf das gewünschte Niveau hochzuheizen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs näher bezeichneten Art anzugeben, mit dem auch beim Vorhandensein mehrerer
Verbraucher es gelingt, den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem die Anlage mit dem Hochheizen
beginnen muß, um zu den jeweils vorgegebenen gewünschten Zeitpunkten die ausreichenden
Temperaturen bei den unterschiedlichen Verbrauchern sicherzustellen. Bei diesen
Verbrauchern kann es sich um Brauchwasserbereiter, Wasserspeicher, Durchflußerhitzer,
allesamt für Sanitärwasser oder auch um unterschiedliche Heizungskreise wie Radiatoren-
oder Konvektorenkreise sowie
Fußbodenheizungsteile handeln. Im
Extremfall wäre hier beispielsweise an ein Einfamilienhaus zu denken, das sowohl
einen großen Brauchwasserspeicher aufweist, der gegen 7.00 Uhr das gewünschte Temperaturniveau
haben muß, wobei weiterhin ein Teil des Hauses, nämlich die bewohnten Räume, um
6.30 Uhr die gewünschte Raumtemperatur haben sollen und wobei weiterhin der Praxisteil
des Hauses erst zur Zeit der Praxiseröffnung, also gegen 9.00 Uhr, die gewünschte
Raumtemperatur aufweisen muß. Ist dem Praxisteil des Hauses noch ein gesonderter
Brauchwasserbereiter zugeordnet, der erst einige Zeit nach Praxiseröffnung frühestens
in Betrieb gehen muß, so verkomplizieren sich die Verhältnisse noch beträchtlich.
Weiterhin ist es anzustreben, daß bei einer brennstoffbeheizten Wärmequelle eine
möglichst ununterbrochene Brennerlaufzeit ohne Ausschaltpausen anzustreben ist,
um den Wirkungsgrad optimal zu gestalten.
-
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Verfahrensmerkmalen des Hauptanspruchs.
-
Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs beziehungsweise der
Unteransprüche und gehen teilweise auch aus den Zeichnungen hervor, die ein Ausführungsbeispiel
und Diagramme zeigen.
-
Es zeigen: Figur eins das Schema einer Zentral heizungsanlage und
Figur zwei Diagrammkurven.
-
Eine Zentralheizungsanlage 1 gemäß Figur eins weist eine Wärmequelle
2 in Gestalt eines Umlaufwasserheizers oder gas- oder ölbeheizten Kessels oder elektrischen
Durchlauferhitzers beziehungsweise einer Wärmepumpe auf, an die mehrere Verbraucher
3 beziehungsweise 4 anschließbar sind.
-
Hierunter ist zu verstehen, daß jeweils nur ein einziger Verbraucher
aus einer Vielzahl möglicherweise vorhandener Verbraucher mit der Wärmequelle verbunden
wird. Hierzu weist die Wärmequelle einen Wärmetauscher 5 auf, der innerhalb einer
Brennkammer 6 angeordnet ist, an die sich eine Abgasleitung 7 anschließt, in der
ein Abgasgebläse 8 vorgesehen ist, das von einem Motor 9 angetrieben wird, dem elektrische
Energie von einer Steuereinheit 10 über eine Leitung 11 zugeführt wird. Der Wärmetauscher
5 ist mit einer einem Vorlauftemperaturfühler 12 versehenen Vorlaufleitung 13 verbunden,
die zu einem Eingang eines Mehrwege-Umschaltventils 14 führt. Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei dem Mehrwegeventil um ein 3-Wegeventil, das nach Maßgabe eines
Stellmotors 15 mit einem Auslaß 16 oder mit dem anderen Auslaß 17 verbindbar ist.
-
Der eine Ausgang 16 führt über eine Leitung 18 zu einem Brauchwasserspeicher
19, der den Verbraucher 4 definiert.
-
Der Brauchwasserspeicher 19 besitzt eine Wärmetauscherrohrschlange
20, die das Speichervolumen des Speichers aufheizt, das über eine Zapfwasserleitung
21 aus dem Kaltwassernetz ergänzbar ist und dem das Warmwasser über eine Zapfleitung
22, in der ein Zapfventil 23 vorgesehen ist, abgeführt werden kann. Statt eines
Brauchwasserbereiters 19 können auch mehrere Brauchwasserspeicher vorhanden sein,
die auf den verschiedensten Ist-Temperaturen liegen können und die auf die verschiedensten
Soll-Temperaturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgeheizt werden müssen.
-
Als zweiter Verbraucher 3 ist ein Radiatorenkreis 24 vorgesehen, der
über eine Leitung 25 mit dem zweiten Auslaß 17 und über eine Rücklaufleitung 26
rücklaufseitig des Brauchwasserspeichers 19 verbunden ist, wobei die gemeinsame
Rücklaufleitung beider unter Einfügung einer mit einem Motor 27 versehenen Umwälzpumpe
28 mit dem Wärmetauscher 5 verbunden sind.
-
Der Vorlauftemperaturfühler 12 ist über eine Leitung 29, der Pumpenmotor
über eine Leitung 30 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Weiterhin ist der Antriebsmotor
15 des Mehrwegeventils 14 über eine Leitung 31 und einem dem
Brauchwasserspeicher-Volumen
ausgesetzten Temperaturfühler 32 über eine Leitung 33 mit der Steuereinrichtung
verbunden.
-
Der Wärmetauscher 5 wird von den Abgasen eines Gasbrenners 34 beheizt,
der aus einer mit einem Gasventil 35 versehenen Gasleitung 36 gespeist wird, wobei
das Magnetventil 35 im Pulspausenbetrieb ohne Variation des Durchlasses arbeitet
und von einem Elektromagneten 37 beherrscht ist, der über eine Stelleitung 38 mit
der Steuereinrichtung verbunden ist, die je Verbraucher einen Sollwert-Temperaturgeber
39 beziehungsweise 40 aufweist.
-
Weiterhin ist eine Zeituhr 41 vorgesehen.
-
Bei einem ölkessel ist ein entsprechender Ulbrenner 34 vorgesehen
bei Wahl eines elektrischen Durchlauferhitzers ist statt des Brenners 34 ein oder
mehrere elektrische Heizkörper vorgesehen, die über Schalter an ein speisende Netz
angelegt werden können. Im Falle einer Absorptionswärmepumpe geben der Kondensator
beziehungsweise Absorber oder Temperaturwechsler Wärme an den Wärmetauscher 5 ab,
im Falle einer Kompressionswärmepumpe lediglich der Kondensator.
-
Bei dieser Gelegenheit soll erwähnt werden, daß die erfindungsgemäße
Lehre auch zum Kühlen eines oder mehrerer Verbraucher Anwendung finden kann, dann
stellt der Wärmetauscher
5 den Teil eines Verdampfers einer Absorptions-oder
Kompressions-Kälteanlage dar.
-
Für die Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung sei im folgenden
unterstellt, daß sich die Anlage auf einem abgesenkten Temperaturniveau, beispielsweise
einer Nachtabsenkung, befindet und daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt To einige
oder mehrere der von den Radiatoren 24 beheizten Räume eine bestimmte Raum-Sollwert-Temperatur
sicherstellen soll. Weiterhin ist vorgesehen, daß zu einem entweder mit dem Zeitpunkt
To identischen Zeitpunkt oder zu einem früher oder später liegenden anderen Zeitpunkt
T1 der Inhalt des Brauchwasserspeichers 19 auf einem Sollwert-Temperaturniveau liegen
soll, das mit Sicherheit von dem Sollwert-Temperaturniveau der Radiatoren beziehungsweise
der Räume abweicht. Hierbei ist wesentlich, daß sich die Energiemengen, die sowohl
dem Radiatorenkreis wie auch dem Brauchwasserspeicher zuzuführen sind, voneinander
unterscheiden werden. Sie hängen einmal von den Wasservolumina der Verbraucher und
zum anderen von den vorhandenen Ist-Temperaturen zu Beginn der Aufheizung ab. Weiterhin
ist für die folgende Erklärung zu unterstellen, daß es noch einen dritten Verbraucher
gibt, nämlich eine Fußboden-Heizungsanlage, zum Beispiel in einem gewerblich genutzten
Teil des Gebäudes, die erst zu einem noch weiter entfernt liegenden Zeitpunkt
T2
von einem ersten niedrigen Temperaturniveau wie die beiden anderen Verbraucher auf
ein zum Zeitpunkt T2 gefordertes höheres Temperaturniveau aufzuheizen ist.
-
Bei einer Kühlung liegen die Verhältnisse umgekehrt. Hier sind in
der Regel zu bestimmten voneinander differierenden Zeitpunkten Kühlleistungen abzugeben,
mit denen bestimmte Verbraucher herunterzukühlen sind. Auch eine Mischanwendung
der Erfindung wäre möglich, wenn nämlich einige Verbraucher hochgeheizt, andere
hingegen heruntergekühlt werden müssen. Dies wäre besonders mit einer Wärmepumpe
möglich, die über ihren Verdampfer den einen Verbraucher kühlen kann, während andere
über den Kondensator und gegebenenfalls den Absorber aufzuheizen sind.
-
Wesentlich ist noch, daß die Steuereinrichtung 10 einen Mikroprozessor
enthält, der imstande ist, sich in seinem Speicherteil vorhandene Aufheizzeiten
zu merken und dem Rechner wieder zur Verfügung zu stellen, insbesondere in Verbindung
mit für diese Zeiten geltenden Temperaturdifferenzen zwischen dem Anfangs-Istwert
und dem späteren Sollwert.
-
Für die Darstellung der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
nun die Figur zwei herangezogen. Aus ihr geht ein erstes Diagramm 50 hervor, das
eine Sollwert-Temperaturkurve beschreibt, die einen niedrigeren ersten
Ast
51 und einen auf erhöhtem Temperaturniveau liegenden zweiten Ast besitzt, wobei
die Kurve im Zeitpunkt To von dem einen Ordinatenwert auf den anderen Ordinatenwert
springt. Dem liegt die Forderung zugrunde, daß ein Raumtemperatur-Sollwert vom ersten
Niveau ffi R-Soll 1 im Zeitpunkt To auf ein zweites höherliegendes Niveau R-Soll
2 gebracht werden soll. Hierzu ist es notwendig, den Heizkörpern der Heizungsanlage
eine gewisse Energiemenge zuzuführen, die bei bekannter Leistung der Wärmequelle
- die gegebenenfalls auch vom Rechner empirisch ermittelt werden kann - in einer
Zeit ausgedrückt werden kann. Die zuzuführende Wärmemenge läßt sich bei bekannter
Ist-Temperatur und gewünschter Soll-Temperatur sowie bekanntem Wasservolumen der
Heizung und bekannter Wärmequelle nach der Formel eins ermitteln. Da alle Werte
außer der Zeit bekannt sind, läßt sich die Zeit ausrechnen, entsprechend der Zeit
ist im Diagramm 53 ein bestimmter Block 53 zugeordnet.
-
Weiterhin ist unterstellt, daß der Brauchwasserbereiter 19 von einem
niedrigeren ersten Temperatur-Soll-Niveau BW bs 1 gemäß dem Kurvenast 54 im Zeitpunkt
T2 auf ein höheres Temperatur-Soll-Niveau 9 BW 2 gemäß dem Kurvenast 55 angehoben
werden soll. Auch hier ist unter Benutzung der Gleichung 1 die Zeit errechenbar,
die bei bekannter Leistung der Wärmequelle zum überwinden des Temperatursprungs
aufgewendet
werden muß. Die zugehörige Zeit kann als Block 56 dem Block 53 vorgeschaltet werden.
Da die Fußbodenheizungsanlage erst zum spätest liegenden Zeitpunkt T2 vom ersten
Temperatur-Soll-Niveau j FB 1 gemäß dem Kurvenast 62 auf das höher liegende Temperatur-Soll-Niveau
9 FB 2 gemäß dem Kurvenast 63 angehoben werden soll, läßt sich auch hier ein Zeitblock
56 errechnen, der in seiner Lage vor dem Zeitpunkt T2 liegen muß, genau wie die
beiden anderen Blöcke 53 und 56 vor den jeweils gewünschten Zeitpunkten To und T1
liegen müssen.
-
Es ist nun möglich, beispielsweise den Block 56 im Abstand und vor
den Block 53 zu legen, weiterhin könnten beide Blöcke auch vertauscht werden. Der
Block 57 muß nur vor dem Zeitpunkt T2 liegen, er kann im Abstand von einem der Blöcke
53 und 56 liegen. Es ist natürlich so sinnvoll wie möglich, die einzelnen Blöcke
möglichst dicht an die zugehörigen Zeitpunkte To, T1 und T2 zu legen, andererseits
ist es aber auch bei brennstoffbeheizten Wärmequellen sinnvoll, ein möglichst durchlaufendes
Arbeiten der Wärmequelle zu erzielen und diese lieber lediglich durch Verändern
des Mehrwegeventils bei durchlaufendem Zustand auf den anderen Verbraucher zu schalten.
Insoweit würde sich eine Blockbildung gemäß der Kurve 58 anbieten.
-
Für den Fall, daß der eine oder andere Verbraucher aber
nicht
imstande ist, eine Wärmemenge gemäß einem der dargestellten Blöcke 53, 56 oder 57
anzunehmen, können die Blöcke ineinander geschachtelt werden, wobei die Wärmequelle
durchlaufen kann. Eine solche Möglichkeit ist bei den Blöcken gemäß der Kurve 59
dargestellt, bei der der Block 56 in zwei Teilblöcke 60 und 61 aufgespalten ist,
die in ihrer Gesamtheit vom Wärmeenergieinhalt dem Block 56 entsprechen. Durch dieses
Aufspalten wird erreicht, daß die gewünschte Brauchwasserbereiter-Aufheizung möglichst
dicht an den Zeitpunkt T1 gelegt wird. Es zeigt sich nämlich, daß zwischen den Zeitpunkten
To und T1 noch Platz ist, der für das Heizen des Brauchwasserbereiters ausgenutzt
werden kann. Lediglich die Aufheizung der Heizungsanlage muß zum Zeitpunkt To beendet
sein.
-
Ober den im Steuergerät 10 vorhandenen Mikroprozessor gelingt es nun,
durch die entsprechende Programmierung die Heizzeiten so zu legen, daß sie einerseits
möglichst weit zusammenhängende Blöcke aufweisen und daß die Blöcke beziehungsweise
Teilblöcke so gelegt werden, daß jeweils zu den gewünschten Zeitpunkten die gewünschten
Aufheizungen beendet sind und daß später liegende Aufheizzeiten auch möglichst spät
erst erfüllt werden.
-
Um die Größe der Energiemengen zu ermitteln, die den einzelnen Verbrauchern
zuzuführen sind, können über die vorhandenen
Temperaturfühler,
zum Beispiel 32, 13, einem nicht dargestellten Raumtemperaturfühler, die Energiemengen
nach der Gleichung 1
bestimmt werden, wobei Q die Wärmepumpe, Vol. das aufzuheizende Volumen, 2 Ist die
Ausgangstemperatur, >ASoll die Endtemperatur, c die spezifische Wärme und t die
Zeit bedeuten. Es ist hierbei zusätzlich oder alternativ möglich, einen Zeitenspeicher
im Steuergerät 10 vorzusehen, damit bereits vorhandene Echtzeiten zur Ermittlung
später noch vorzunehmender Aufheizzeiten herangezogen werden können. Somit kann
eine Selbstoptimierung des Steuergerätes möglich gemacht werden.
-
- Leerseite -