DE3544411A1 - Warmwasser-heizungsanlage mit waermeverbrauchsmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Warmwasser-Heizungs­ anlage mit Wärmeverbrauchsmesser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Aus EP-B 1 24 778 ist ein Wärmeverbrauchs­ messer bekannt, welcher sein der augenblicklich zuge­ führten Wärmemenge proportionales Ausgangssignal durch Messung der Wärmeträgerströmung sowie der Wärmeträger­ temperatur im Vorlauf sowie im Rücklauf zu den Wärme­ tauschern und Differenzbildung dieser beiden Temperaturen ermittelt. Durch Integrieren der pro Zeiteinheit zuge­ führten Wärmemenge, d. h. der Wärmeleistung über eine vorgegebene Zeitspanne wird der Gesamtwärmeverbrauch er­ mittelt und angezeigt. Dieser Wert dient dann der Er­ mittlung oder Verteilung der Heizkosten.

Weiterhin ist aus EP-A 1 62 856 eine Regeleinrichtung für den gasbefeuerten Heizkessel einer Warmwasser-Heizungs­ anlage bekannt, bei der einerseits dem Brenner jeweils die dem gemessenen Wärmebedarf entsprechende Gasmenge über ein Gasregelventil zugeführt wird und andererseits die dem Heizkessel zugeführte Verbrennungsluftmenge ständig der zugeführten Gasmenge angepaßt ist. Zur Er­ zeugung einer den Wärmebedarf kennzeichnenden Meßgröße für die Regeleinrichtung ist im Heizwasservorlauf und im Heizwasserrücklauf je ein Temperaturfühler angeordnet und beide Temperaturfühler sind an den Eingang eines Führungsreglers angeschlossen. Weicht die Temperatur­ differenz von einem vorgegebenen Sollwert ab, so wird über einen Servodruckregler die Heizgaszufuhr dement­ sprechend erhöht bzw. gedrosselt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Warmwasser- Heizungsanlage der eingangs genannten Art die Tempera­ turregelung zu verbessern, insbesondere starke Tempera­ turschwankungen zu vermeiden, und den zugeführten Brenn­ stoff bestmöglich auszunutzen, bzw. bei einer Warmwasser- Heizungsanlage der zuletzt genannten Art die Erzeugung eines den jeweiligen Wärmebedarf kennzeichnenden Signals zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Sie besteht im wesentlichen darin, den zur Wärmeverbrauchsmessung vor­ handenen Wärmeverbrauchsmesser bzw. Wärmezähler gleich­ zeitig zur Steuerung der jeweiligen Wärmeleistung, d. h. der Brennerkapazität auszunutzen derart, daß der Brenner oder eine andere Wärmequelle jeweils nur mit einer solchen Leistung betrieben wird, wie sie zur Deckung des gerade vorhandenen Wärmebedarfs gerade ausreicht. Dies führt zu einer optimalen Arbeitsweise des Brenners und Aus­ nutzung des Brennstoffs.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Sie wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Aus­ führungsbeispiels einer solchen gasbefeuerten Warmwasser- Heizungsanlage erläutert.

Die Heizkörper 1 a, 1 b, 1 c sind über eine Vorlaufleitung 2 sowie eine Umwälzpumpe 3 und eine Rücklaufleitung 4 an den Wärmetauscher 5 eines Boilers 6 angeschlossen, der von einem Brenner 7 beheizt wird. Zwischen den Wärme­ tauscher 5 und die Vor- und Rücklaufleitungen 2 und 4 ist der Wärmeverbrauchsmesser 8 eingeschaltet, welcher ständig die gesamte, den Heizkörpern 1 zugeführte Wärme­ menge mißt und ein dieser Wärmeleistung entsprechendes Ausgangssignal auf seinen Ausgangsleitungen 9 zur Ver­ fügung stellt.

Die Gaszufuhr zum Brenner 7 wird von einem Gasregelgerät 11 gesteuert, bei dem zwischen Einlaß 12 und Auslaß 13 ein Sicherheitsventil 14 und ein Hauptgasventil 15 in Reihe geschaltet sind. Das Sicherheitsventil 14 arbeitet mit einer Einschaltdrucktaste 16 und einer Wiedereinschalt­ sperre 17 bekannter Bauweise zusammen. Der Schließkörper 15 des Hauptgasventils ist durch eine Schließfeder 18 in Schließrichtung vorgespannt und kann über eine Membran 19 durch den Servosteuerdruck in der Kammer 20 gegen die Kraft der Schließfeder 18 vom Ventilsitz 21 abgehoben werden. Den Steuerdruck für die Kammer 20 liefert über den Kanal 22 ein Servodruckregler 23, dessen Sollwert mit Hilfe eines Elektromagnetantriebs 24 verstellbar ist. In einem durch die Warmwasser-Heizungsanlage zu beheizenden Raum befindet sich ein Raumthermostat 25, dessen Kontakt schließt, so­ bald die von seinem Temperaturfühler gemessene Raumtempe­ ratur den am Raumthermostaten eingestellten Sollwert un­ terschreitet. Damit gelangt ein Schaltsignal zum elek­ trischen Regler 26, der einerseits das Gasregelgerät 11 einschaltet und andererseits über dessen Elektromagnetan­ trieb 24 die dem Brenner 7 zugeführte Gasmenge steuert. Aufbau und Wirkungsweise des Gasregelgeräts 11 sind aus EP-62 856 bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen erläutert. In der Steuerkammer 20 des Membranantriebs für das Hauptgasventil 15, 21 baut sich ein dem Wärmebedarf proportionaler Steuerdruck auf, welcher den Schließkörper 15 vom Sitz 21 abhebt. Damit strömt Gas über die Leitung 52 zur Injektordüse 53, welche dem Gaseinlaß 54 des Brenners 7 gegenübersteht. Der Gasstrom saugt zugleich Primärluft an und führt sie ebenfalls dem Brenner 7 zu.

Über eine Zündleitung 27 ist der Zündbrenner 28 an das Gasregelventil angeschlossen. Seine Flamme erwärmt das Thermoelement 29, welches über den Magneteinsatz 30 das Sicherheitsventil 14 offen hält.

Da die vom Gasstrom durch die Injektordüse 53 angesaugte Primärluft für eine vollständige Verbrennung des Gases nicht ausreicht, ist eine zweite Injektordüse 55 vorge­ sehen, welche einem Sekundärlufteinlaß 31 des Boilers 6 gegenübersteht. Die zweite Injektordüse 55 steht über eine Leitung 32 mit dem Ausgang 33 eines Luftregelventils 34 in Verbindung, dem von einem Gebläse 35 Druckluft zu­ geführt wird. Der Schließkörper 36 des Luftregelventils ist durch eine Feder 37 in Schließrichtung vorgespannt und kann durch einen Steuerdruck in der Kammer 38 über die Membran 39 vom Ventilsitz 40 abgehoben werden, sobald der Druck in der Antriebskammer 38 die von der Schließ­ feder 37 und vom Druck im Ausgang 33 ausgeübten Kräfte auf die Membran 39 übersteigt. Aufbau und Wirkungsweise dieses Luftregelventils 34 sind ebenfalls aus Fig. 2 der EP-A 1 62 856 bekannt. Die der zweiten Injektordüse 55 zugeführte Luftmenge wird mit Hilfe des auf einen Servo­ druckregler einwirkenden Elektromagnetantriebs 41 ge­ steuert. Hierzu ist im Rauchgasabzug 42 ein Sauerstoff­ oder Kohlendioxydfühler 43 vorgesehen, dessen Ausgangs­ signal einem zweiten elektrischen Regler 44 zugeführt ist. Unterschreitet der Sauerstoffüberschuß (Luftüberschuß) im Rauchgasabzug 42 einen vorgegebenen Sollwert, so liefert der Regler 44 ein Ausgangssignal an den Magnetantrieb 41 des auf das Luftregelventil 34 aufgesetzten Servodruck­ reglers 45, wodurch der Sollwert dieses Druckreglers er­ höht und damit zugleich das Luftregelventil 36, 40 weiter geöffnet wird. Damit fließt mehr Sekundärluft zur Injektor­ düse 55 und damit in den Innenraum des Boilers 6, so daß der vom Fühler 43 gemessene Luftüberschuß zunimmt. Ein zu hoher Luftüberschuß führt umgekehrt zu einer Drosselung der über das Luftregelventil 34 zugeführten Sekundärluft­ menge. Anstelle der Zwischenschaltung eines Luftregel­ ventils 34 zwischen Gebläse 35 und Sekundärluftdüse 55 kann auch das Gebläse selbst regelbar sein. In diesem Fall wird die Ausgangsleitung 46 des Reglers 44 unmittel­ bar an eine hier nicht dargestellte Gebläsesteuerschal­ tung angeschlossen, welche die Drehzahl des Gebläses 35 regelt.

Der Raumthermostat 25 ist üblicherweise in dem wichtigsten der zu beheizenden Räume, also beispielsweise im Wohn­ zimmer angeordnet. Zusätzlich können in anderen Räumen an sich bekannte Heizkörperthermostate 47 a bzw. 47 c den dortigen Heizkörpern 1 a bzw. 1 c zugeordnet sein, um in diesen Räumen eine gewünschte Temperatur aufrechtzuer­ halten. Der Raumthermostat kann zusätzlich mit einer Schaltuhr sowie Vorrichtungen zur Absenkung der Tempera­ tur während der Nachtstunden ausgerüstet sein. Raum­ thermostate dieser Art, sogenannte Uhrenthermostate sind ebenfalls bekannt. Der Raumthermostat liefert üblicher­ weise ein einfaches Schaltsignal, welches anzeigt, daß die Zufuhr von Wärme zu betreffenden Raum erforderlich ist. Dieses Signal kann nicht nur von einem Raumthermosta­ ten, sondern auch von einem beliebigen anderen Fühler ausgelöst werden. Es zeigt jedoch nicht an, wie groß der Wärmebedarf des betreffenden Raums oder gar der ge­ samten Heizungsanlage ist. Nach diesem jeweiligen Wärme­ bedarf richtet sich aber die vom Brenner geforderte Wärmeleistung. Wird nur wenig Wärme benötigt, so würde ein Vollastbetrieb des Brenners zu einer Überhitzung des Wärmeübertragungsmediums und damit zu einer ungewünschten Temperaturüberschreitung im genannten Raum und zu einer Verschwendung von Brennstoff führen. Wird andererseits der Brenner mit zu geringer Leistung betrieben, so dauert es unverhältnismäßig lange ehe die gewünschte Raumtempe­ ratur erreicht wird. Es ist also sowohl aus Gründen des Komforts als auch aus wirtschaftlichen Gründen, insbe­ sondere aus Gründen der Energieeinsparung wichtig, die Leistung des Brenners dem jeweiligen Wärmebedarf anzu­ passen. Hierzu dient das Ausgangssignal des Wärmemengen­ messers 8, der beispielsweise in der aus EP-B 1 24 778 be­ kannten Form ein der augenblicklich der Heizungsanlage zugeführten Wärmemenge proportionales Signal erzeugt. Dieses Signal wird üblicherweise über die Zeit integriert und ist damit ein Maß für den Wärmeverbrauch oder Energie­ verbrauch der Heizungsanlage. Der Erfindung entsprechend wird dieses Signal gleichzeitig dazu ausgenutzt, die Wärmeleistung des Brenners an den jeweiligen Wärmebedarf der Heizungsanlage ständig anzupassen. Hierzu wird das genannte Ausgangssignal einem mit einem Zeitgeber ausge­ statteten Integrator 48 zugeführt, der die während einer vorgegebenen Zeitspanne verbrauchte Wärmemenge mißt und ein dieser Wärmemenge entsprechendes Signal speichert. An den Integrator 48 ist ein Vergleicher 49 angeschlossen, der die während der genannten Zeitspanne gemessene Wärme­ menge mit der während einer vorausgegangenen Zeitspanne gleicher Dauer gemessenen Wärmemenge vergleicht und hieraus ein die Wärmeleistung steuerndes Signal erzeugt und über die Leitung 50 an den Regler 26 abgibt.

Nimmt man an, daß die gemessene Wärmemenge während der gerade abgeschlossenen Zeitspanne T ₁ den Wert a hat und in der vorausgehenden Zeitspanne T ₂ gleicher Dauer eine Wärmemenge b verbraucht wurde, so ergeben sich aus dem Vergleich dieser beiden Wärmemengen bzw. der ihnen ent­ sprechenden Signale a und b folgende Fälle:

Ist a kleiner als b, so hat der Wärmebedarf abgenommen und folglich kann die Brennerleistung reduziert werden.

Ist a=b, so entspricht die gerade eingestellte Brenner­ leistung dem tatsächlich vorhandenen Wärmebedarf. Ist a größer als b, so hat der Wärmebedarf zugenommen und die Brennerleistung sollte erhöht werden. Das Aus­ gangssignal auf der Leitung 50 des Vergleichers 49 beeinflußt das über die Leitung 51 zum Elektromagnetan­ trieb 24 des Gasregelventils 11 übertragene Steuersignal des Reglers 26 für die dem Brenner zuzuführende Gasmenge. Die zu einer vollständigen und damit optimalen Verbrennung erforderliche Luftmenge stellt sich automatisch ein in­ dem, wie oben erwähnt, mittels des Fühlers 43 der Luft­ überschuß gemessen und über den Regler 44 und den Elektro­ magnet 41 zur Steuerung der Sekundärluftzufuhr zur zweiten Injektordüse 55 benutzt wird. Ein wesentlicher Vorteil der Brennerleistungsanpassung an den jeweiligen Wärmebedarf und der Ermittlung dieses Wärmebedarfs anhand der der Heizungsanlage jeweils zugeführten Wärmemenge liegt darin, daß hierbei alle äußeren Einflußgrößen, welche den Wärme­ bedarf verändern, selbsttätig mit erfaßt werden. Man braucht weder einen gesonderten Außentemperaturfühler, noch weitere Fühler für Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtig­ keit, Sonneneinstrahlung oder dergleichen. Selbst Ein­ flüsse, welche durch den Betrieb oder die Nutzung des Gebäudes bedingt sind, beispielsweise durch das Öffnen von Fenstern, die Einschaltung von Elektrogeräten und Beleuchtung, die Wärmeentwicklung, die durch den Aufenthalt zahlreicher Personen in einem Raum bedingt ist oder auch die Änderung der Temperatureinstellung an einzelnen Heiz­ körpern mit Hilfe dortiger Heizkörperthermostate werden automatisch durch die Wärmeverbrauchsmessung mit erfaßt. Die Brennerleistung wird jeweils derart eingestellt, daß die geforderte Wärmemenge innerhalb einer vorgegebenen Zeit zur Verfügung gestellt wird, um unerwünschte Tempe­ raturschwankungen zu vermeiden. Dabei wird jeweils nur soviel Wärme erzeugt, wie tatsächlich benötigt wird. Dies bedeutet gleichzeitig, daß der Brenner mit geringerer Leistung aber über längere Zeiten in Betrieb ist, wo­ durch die Abgastemperatur und damit der Wärmeverlust durch den Schornstein verringert wird. Der Brenner arbeitet stets mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad. Der Integrator 48 und der Vergleicher 49 können durch einen Mikroprozessor gebildet sein, welcher zugleich Bestandteil der elektrischen Regler 44 und 26 sein kann. Die beiden Regler 44 und 26 zusammen mit dem Integrator 48 und dem Vergleicher 49 werden zweckmäßig zu einem gemeinsamen elektronischen Regelgerät mit gemeinsamer Stromversorgung zusammengefaßt.

Claims (6)

1. Warmwasser-Heizungsanlage mit einem Wärmeverbrauchs­ messer (8), der ständig ein elektrisches Ausgangs­ signal liefert, welches der der Heizungsanlage augen­ blicklich zugeführten Wärmemenge proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Ausgangssignal einem Eingang eines elektro­ nischen Reglers (26) zugeführt wird, welcher die vom Wärmeerzeuger, z. B. einem Gasbrenner (7) erzeugte Wärmeleistung steuert.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an den Ausgang des Wärmeverbrauchs­ messers (8) angeschlossenen, mit einem Zeitgeber aus­ gestatteten Integrator (48), der die während einer vorgegebenen Zeitspanne verbrauchte Wärmemenge mißt und ein ihr entsprechendes Signal speichert; sowie durch einen an den Integrator (48) angeschlosse­ nen Vergleicher (49), der die gemessene Wärmemenge mit der während einer vorausgegangenen Zeitspanne gleicher Dauer gemessenen Wärmemenge vergleicht und hieraus ein die Wärmeleistung des Brenners steuerndes Signal erzeugt.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Integrator (48) und Vergleicher (49) durch einen Mikroprozessor gebildet sind.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Mikroprozessor Teil eines die Brennstoffmenge zu einem Brenner steuernden Reglers (26) ist, dem an einem weiteren Eingang das Ausgangs­ signal eines Raumthermostaten (25) zugeführt ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen weiteren elektrischen Regler (44) zur gleichzeitigen Regelung der dem Brenner (7) zuge­ führten Verbrennungsluftmenge, wobei der Eingang des weiteren Reglers an einen im Rauchgasabzug (42) an­ geordneten O₂- oder CO₂-Fühler (43) angeschlossen ist und das Ausgangssignal des weiteren Reglers einem Luftmengenstellglied (34, 35) zugeführt wird.

6. Anlage nach Anspruch 4 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Regler (26, 44) zu einem gemeinsamen elektronischen, mit einem Mikro­ prozessor ausgestatteten Regler zusammengefaßt sind.