DE3539328C2 - Verfahren zum Aufheizen wenigstens eines Raumheizkreises und eines Brauchwasserspeichers - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen wenigstens eines Raumheizkreises und eines Brauchwas­ serspeichers.

Solche Verfahren sind bei Heizungsanlagen unter dem Thema der Schnellaufheizung bekanntgeworden, wenn beispielsweise von einem Kessel eine Zentralheizungsanlage zu einem festgesetzten Zeit­ punkt, in der Regel dem aktiven Benutzen eines Hauses durch die Bewohner beim morgendlichen Aufstehen, von einem ersten ab­ gesenkten Temperaturniveau auf ein zweites demgegenüber höheres Temperaturniveau aufgeheizt werden soll. Bei der Schnellaufhei­ zung bemüht man sich, den Zeitpunkt zu finden, zu dem die Anlage in ihrem Soll-Wert 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 inklu­ sive eines Brauchwasserspeichers hochzuheizen, und zwar zudem noch auf unterschiedliche Temperaturniveaus. Beispielsweise, wenn ein Umlauf-Wasserheizer sowohl zur Speisung eines Brauch­ wasserspeichers als auch zur Speisung eines Raumheizkreises notwendig ist, treten Probleme bei der Ermittlung des optimalen Einschaltzeitpunktes der Wärmequelle auf, da einerseits alle regelungstechnischen Möglichkeiten zur Schnellaufheizung bei unterschiedlichen Ausgangstemperaturniveaus genutzt werden sol­ len und andererseits zu einem vorgegebenen Zeitpunkt - nicht früher - die gewünschten Temperaturen für das Heizwasser und das Brauchwasser erreicht werden sollen.

Aus der DE-PS 31 38 803 ist eine Aufheizregelung für einen Brauchwasserspeicher in Verbindung mit einem Heizkessel be­ kanntgeworden. Hierbei ist vorgesehen, daß die Brauchwasserauf­ heizung vor der Beendigung der Nachtabsenkung erfolgt. Eine Schaltuhr sorgt dafür, daß beispielsweise eine halbe oder eine Stunde vor diesem Zeitpunkt mit der Brauchwasseraufheizung be­ gonnen wird. Eine Berücksichtigung der Ausgangstemperatur des Brauchwassers und damit der zu überbrückenden Temperaturdiffe­ renz ist nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs näher bezeichneten Art anzugeben, mit dem es auch beim Vorhandensein mindestens eines Raumheizkreises und eines Brauchwasserspeichers gelingt, den Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem die Anlage mit dem Hochheizen beginnen muß, um genau zu den jeweils vorgegebenen gewünschten Zeitpunkten die aus­ reichenden Temperaturen bei den unterschiedlichen Verbrauchern sicherzustellen.

Bei diesen Verbrauchern handelt es sich um Brauchwasserspeicher für Sanitärwasser und um Raumheizkreise, wie Radiatoren- oder Konvektorenkreise sowie Fußbodenhei­ zungsteile. Wichtig ist, daß die Differenzen zwischen den Zeitpunkten, an denen die einzelnen Verbraucher die Wunschtem­ peratur erreichen sollen, geringer sind als die jeweils zu er­ wartende Aufheizzeit. Hier wäre beispielsweise an ein Einfami­ lienhaus 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 schon etwas früher, beispielsweise um 6.30 Uhr die gewünschte Raumtemperatur haben sollen. Dabei ist anzu­ streben, daß bei einer brennstoffbeheizten Wärmequelle eine möglichst ununterbrochene Brennerlaufzeit ohne Ausschaltpausen erreicht wird, um den Wirkungsgrad optimal zu gestalten.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit den Verfahrensmerkmalen des Hauptanspruchs.

Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand des Unteranspruchs. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung geht aus den Zeichnungen hervor und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schema einer Zentralheizungsanlage und

Fig. 2 Diagrammkurven.

Eine Zentralheizungsanlage 1 gemäß Fig. 1 weist eine Wärme­ quelle 2 in Gestalt eines Umlauf-Wasserheizers oder gas- oder ölbeheizten Kessels oder elektrischen Durchlauferhitzers bezie­ hungsweise einer Wärmepumpe auf, an die mehrere Verbraucher 3 beziehungsweise 4 anschließbar sind. Hierunter ist zu verstehen, daß jeweils nur ein einziger Verbraucher aus einer Mehrzahl möglicherweise vorhandener Verbraucher mit der Wärmequelle verbunden wird. Hierzu weist die Wärmequelle einen Wärmetauscher 5 auf, der innerhalb einer Brennkammer 6 angeord­ net 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 Steuereinrichtung 10 über eine Leitung 11 zugeführt wird. Der Wärmetauscher 5 ist mit einer einen Vorlauftemperaturfühler 12 aufweisenden Vorlauf­ leitung 13 verbunden, die zu einem Eingang eines Mehrwege- Umschaltventils führt. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Mehrwege-Umschaltventil um ein Dreiwegeventil 14, das nach Maßgabe eines Stellmotors 15 alternativ mit einem Auslaß 16 oder mit dem anderen Auslaß 17 verbindbar ist.

Der eine Ausgang 16 führt über eine Leitung 18 zu einem Brauch­ wasserspeicher 19, der den Verbraucher 4 definiert. Der Brauch­ wasserspeicher 19 besitzt eine Wärmetauscherrohrschlange 20, die das Speichervolumen des Speichers aufheizt, das über eine Wasserleitung 21 aus dem Kaltwassernetz ergänzbar ist und dem das Warmwasser über eine Zapfleitung 22, in der ein Zapfventil 23 vorgesehen ist, abgeführt werden kann.

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 Verbraucher 3 und 4 unter Einfügung einer mit einem Motor 27 versehenen Umwälzpumpe 28 mit dem Wärmetauscher 5 verbunden ist.

Der Vorlauftemperaturfühler 12 ist über eine Leitung 29, der Pumpenmotor über eine Leitung 30 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden. Weiterhin sind der Stellmotor 15 des Dreiwegeventils 14 über eine Leitung 31 und ein dem Brauchwasserspeicher-Volumen ausgesetzter Temperaturfühler 32 über eine Leitung 33 mit der Steuereinrichtung 10 verbunden.

Der Wärmetauscher 5 wird von den Abgasen eines Gasbrenners 34 beheizt, der aus einer mit einem Gasventil 35 versehenen Gas­ leitung 36 gespeist wird, wobei das Magnetventil 35 im Pulspau­ senbetrieb 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 3 und 4 einen Soll-Wert-Temperaturgeber 39 beziehungsweise 40 aufweist. Weiterhin ist eine Zeituhr 41 vorgesehen.

Bei einem Ölkessel ist ein entsprechender Ölbrenner 34 vorgese­ hen, bei Wahl eines elektrischen Durchlauferhitzers sind statt des Brenners 34 ein oder mehrere elektrische Heizkörper vorge­ sehen, die über Schalter an ein speisendes Netz angelegt werden können. Im Falle einer Absorptionswärmepumpe geben der Konden­ sator beziehungsweise Absorber oder Temperaturwechsler Wärme an den Wärmetauscher 5 ab, im Falle einer Kompressionswärmepumpe lediglich der Kondensator.

Für die Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung sei im fol­ genden unterstellt, daß sich die Anlage auf einem abgesenkten Temperaturniveau, beispielsweise einer Nachtabsenkung, befindet und daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt t₀ einer oder mehrere der von den Radiatoren 24 beheizten Räume eine bestimmte Raum- Soll-Wert-Temperatur erreichen soll. Weiterhin ist vorgesehen, daß zu einem entweder mit dem Zeitpunkt t₀ identischen Zeitpunkt t₁ der Inhalt des Brauchwasserspeichers 19 auf einem Soll-Wert- Temperaturniveau liegen soll, das mit Sicherheit von dem Soll- Wert-Temperaturniveau der Radiatoren beziehungsweise der Räume abweicht. Hierbei ist wesentlich, daß sich die Energiemengen, die dem Raumheizkreis und dem Brauchwasserspeicher zuzuführen sind, voneinander unterscheiden werden. Sie hängen einmal von den Wasservolumina der Verbraucher und zum anderen von den vor­ handenen 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-Heizungs­ anlage, zum Beispiel in einem gewerblich genutzten Teil des Ge­ bäudes, die erst zu einem noch späteren Zeitpunkt t₂ von einem niedrigen Temperaturniveau auf ein zweites zum Zeitpunkt t₂ gefordertes höheres Temperaturniveau aufzuheizen ist.

Wesentlich ist noch, daß die Steuereinrichtung 10 einen Mikro­ prozessor enthält, der imstande ist, sich in seinem Speicherteil vorhandene Aufheizzeiten in Verbindung mit für diese Zeiten geltenden Temperaturdifferenzen zwischen dem Anfangs-Ist-Wert und dem späteren Soll-Wert zu merken und dem Rechner wieder zur Verfügung zu stellen.

Für die Darstellung der Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun die Fig. 2 herangezogen. Aus ihr geht ein erstes Diagramm 50 hervor, das eine Soll-Wert-Temperaturkurve be­ schreibt, die einen niedrigeren ersten Ast 51 und einen auf er­ höhtem Temperaturniveau liegenden zweiten Ast 52 besitzt, wobei die Kurve im Zeitpunkt t₀ von dem einen Ordinatenwert auf den anderen Ordinatenwert springt. Dem liegt die Forderung zu­ grunde, daß ein Raumtemperatur-Soll-Wert vom ersten Niveau ϑ R- Soll 1 im Zeitpunkt t₀ auf ein zweites höherliegendes Niveau ϑ 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.

Weiterhin ist unterstellt, daß der Brauchwasserspeicher 19 von einem niedrigeren ersten Temperatur-Soll-Niveau ϑ BW 1 gemäß dem Kurvenast 54 im Zeitpunkt t₁ auf ein höheres Temperatur- Soll-Niveau ϑ BW 2 gemäß dem Kurvenast 55 angehoben werden soll. Auch hier ist die Zeit errechenbar, die bei bekannter Leistung der Wärmequelle zum Überwinden des Temperatursprungs aufgewendet werden muß. Da die Fußboden-Heizungsanlage erst zum spätestliegenden Zeitpunkt t₂ vom ersten Temperatur-Soll-Niveau ϑ FB 1 gemäß dem Kurvenast 62 auf das höherliegende Temperatur- Soll-Niveau ϑ FB 2 gemäß dem Kurvenast 63 angehoben werden soll, läßt sich auch hier ein Zeitblock errechnen, der in seiner Lage vor dem Zeitpunkt t₂ liegen muß, genau wie die beiden anderen Blöcke vor den jeweils gewünschten Zeitpunkten t₀ und t₁ liegen müssen.

Es ist natürlich erstrebenswert, die einzelnen Blöcke möglichst dicht an die zugehörigen Zeitpunkte t₀, t₁ und t₂ zu legen, an­ dererseits ist es aber auch bei brennstoffbeheizten Wärmequellen sinnvoll, ein möglichst durchlaufendes Arbeiten der Wärmequellen zu erzielen und diese lieber lediglich durch Verstellen des Mehrwegeventils auf einen anderen Verbraucher zu schalten.

Für den Fall, daß der eine oder andere Verbraucher aber nicht imstande ist, eine ausreichende Wärmemenge unmittelbar vor dem vorgewählten Zeitpunkt (t₀, t₁ oder t₂) anzunehmen, werden die Blöcke ineinandergeschachtelt, wobei die Wärmequelle durchläuft. Eine solche Möglichkeit ist bei den Blöcken gemäß der Kurve 59 dargestellt, bei der die Erwärmung des Brauchwasserspeichers in zwei Teilblöcke 60 und 61 aufgespalten ist. Durch dieses Aufspalten wird erreicht, daß die gewünschte Brauchwasserspeicher-Aufheizung möglichst dicht an den Zeitpunkt t₁ gelegt wird. Es zeigt sich nämlich, daß zwischen den Zeit­ punkten t₀ und t₁ noch Platz ist, der für das Heizen des Brauchwasserspeichers ausgenutzt werden kann. Lediglich die Aufheizung der Heizungsanlage muß zum Zeitpunkt t₀ beendet sein.

Über den in der Steuereinrichtung 10 vorhandenen Mikroprozessor gelingt es nun, durch die entsprechende Programmierung die Heizzeiten so zu legen, daß sie einerseits möglichst weit zu­ sammenhängende Blöcke aufweisen und daß die Blöcke beziehungs­ weise Teilblöcke so gelegt werden, daß jeweils zu den gewünsch­ ten Zeitpunkten die gewünschten Aufheizungen beendet sind und daß späterliegende Aufheizzeiten auch erst später abgeschlossen werden.

Es ist vorgesehen, einen Zeitenspeicher mit zugeordneten Tem­ peratursprüngen beziehungsweise Ausgangstemperaturen in der Steuereinrichtung 10 vorzusehen, damit bereits vorhandene Echt­ zeiten zur Ermittlung später noch vorzunehmender Aufheizungen herangezogen werden können. Somit ist eine Selbstoptimierung der Steuereinrichtung 10 möglich.

Claims (2)

1. Verfahren zum Aufheizen wenigstens eines Raumheizkreises und eines Brauchwasserspeichers jeweils von einem ersten abgesenkten auf ein zweites angehobenes Temperaturniveau mit einer Wärmequelle, die alternativ auf einen der Raum­ heizkreise oder auf den Brauchwasserspeicher schaltbar ist, innerhalb einer rechnerisch ermittelbaren Zeitspanne, zu deren Beginn die Wärmequelle eingeschaltet wird, um zu vorwählbaren Zeitpunkten raumheizkreis- beziehungsweise brauchwasserspeicherseitig das angehobene Temperaturniveau zu erreichen, wobei die zeitliche(n) Differenz(en) (t₂-t₁ beziehungsweise t₁-t₀) nacheinander zu errei­ chender angehobener Temperaturniveaus geringer ist/sind als die jeweils zu erwartende Aufheizzeit, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die benötigten Aufheizzeiten des/der Raum­ heizkessel(s) und des Brauchwasserspeichers jeweils selbstoptimierend ermittelt werden, wobei vorange­ gangene Aufheizzeiten und zugeordnete Ausgangstemperaturen gespeichert und zur Ermittlung aktueller Aufheizzeiten wiederbenutzt werden, daß die Summe der Aufheizzeiten ge­ bildet wird und daß dies der Abstand zwischen dem vorgewählten Zeitpunkt (t₂), zu dem die Heizkreise und der Brauchwasserspeicher aufgeheizt sein sollen, und dem Einschaltzeitpunkt (t_x) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangstemperaturen über dem/den Raumheizkreis(en) und dem Brauchwasserspeicher zugeordnete Temperaturfühler ermittelt werden.