DE3546601A1 - Steuereinrichtung fuer die vereinigung einer konventionellen heizungsanlage mit einer waermepumpenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft gattungsgemäß eine Steuereinrichtung für die Vereinigung einer konventionellen Heizungsanlage, die eine elek­ tronische, witterungsgeführte Regeleinrichtung aufweist, mit einer Wärmepumpenanlage im Zuge des Umbaus der konventionellen Heizungs­ anlage zu einer bivalenten Heizungsanlage, wobei die konventionelle Heizungsanlage einen Heizungskessel mit von einem Heizkesselthermo­ stat überwachten Brenner, ein Mischventil mit Mischventilstellmotor und ein an das Mischventil angeschlossenes Wärmeverteilungssystem aufweist, wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Außen­ lufttemperatur nach einem nach Maßgabe einer Heizkurve eingestellten Sollwert die Heizwasservorlauftemperatur der Heizungsanlage regelt, wobei der Heizwasserrücklauf über die Wärmepumpenanlage dem Misch­ ventil zugeführt ist, wobei der Mischventilstellmotor von Aufimpulsen und Zuimpulsen eines Reglers der Regeleinrichtung bis in eine Auf­ stellung und in eine Zustellung steuerbar ist, und wobei das Misch­ ventil und/oder der Mischventilstellmotor Endschalter für die Zustel­ lung sowie für die Aufstellung des Mischventils aufweisen. - Es ver­ steht sich, daß eine konventionelle Heizungsanlage einen Heizungs­ kessel mit von einem Heizkesselthermostat überwachten Brenner, ein Mischventil mit Mischventilstellmotor und ein an das Mischventil an­ geschlossenes Wärmeverteilungssystem aufweist.

Bivalente Heizungsanlagen, bei denen der konventionelle Anlagen­ teil wie beschrieben aufgebaut ist und die elektronische, witterungs­ geführte Regeleinrichtung die beschriebenen Funktionen erfüllt, sind bekannt (DE-OS 27 10 871). Hier ist die Anordnung so getroffen, daß die Wärmpepumpenanlage nach Maßgabe der Stellungen des Misch­ ventilstellmotors aktivierbar und desaktiverbar sowie die Heizkes­ selleistung entsprechend steuerbar ist. Dabei ist es üblich, sowohl die Wärmepumpenanlage als auch den Brenner der Heizkesselanlage von den Aufimpulsen bzw. den Zuimpulsen des Reglers für den Misch­ ventilstellmotor zu steuern. Bei durch das Mischventil ausgeschaltetem Brenner ist die Wärmepumpenanlage in Übereinstimmung mit der Stel­ lung des Mischventils und damit nach Maßgabe des Wärmebedarfs des Wärmeverteilungssystems aktivierbar und desaktivierbar. Die dazu insgesamt vorgesehenen Maßnahmen sind aufwendig und wenig geeignet, im Zuge des Umbaus einer konventionellen Heizungsanlage zu einer bivalenten Heizungsanlage eingesetzt zu werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für die Vereinigung einer konventionellen Heizungsanlage, die eine elektronische, witterungsgeführte Regeleinrichtung aufweist, mit einer Wärmepumpenanlage zu schaffen, die mit geringem Aufwand den Um­ bau der konventionellen Heizungsanlage zu einer bivalenten Heizungs­ anlage erlaubt und es insbesondere erlaubt, auf die bestehende kon­ ventionelle Regeleinrichtung der Heizungsanlage zurückzugreifen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß an den End­ schalter für die Zustellung sowie an den Endschalter für die Auf­ stellung eine elektronische Sende/Empfangseinrichtung angeschlossen ist, die ein hochfrequentes Kleinspannungssignal über die Endschalter führt, und daß die elektronische Sende/Empfangseinrichtung bei durch das Mischventil oder den Mischventilstellmotor ausgeschaltetem Bren­ ner die Wärmepumpenanlage über ein Verzögerungsglied in Überein­ stimmung mit der Aufstellung des Mischventils aktiviert sowie mit der Zustellung des Mischventils desaktiviert. Durch das Verzögerungsglied wird verhindert, daß ein zu häufiges Schalten der Wärmepumpenan­ lage bzw. des Brenners stattfindet.

Im folgenden werden die Erfindung und die erreichten Vorteile an­ hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeich­ nung ausführlicher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Schema einer Heizungsanlage, die mit einer erfindungs­ gemäßen Steuereinrichtung ausgerüstet ist,

Fig. 2 schaltungstechnische Einzelheiten zu dem Gegenstand nach Fig. 1 und

Fig. 3 schaltungstechnische Einzelheiten aus dem Gegenstand der Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Heizungsanlage besitzt zunächst einen kon­ ventionellen Teil. Die besteht insoweit aus einer Heizkesselanlage 1 mit einem von einem Heizkesselthermostaten 2 gesteuerten und über­ wachten Brenner 3, einem Mischventil 4 und einem Mischventilstell­ motor 5. Die Heizkesselanlage 1 ist über das Mischventil 4 mit einem Wärmeverteilungssystem 6 verbunden. Außerdem ist eine Wärmepumpen­ anlage 7 vorgesehen. Sie wurde im Wege des Umbaus zugeschaltet. Zum konventionellen Teil gehört fernerhin eine elektronische, witterungsgeführte Regeleinrichtung mit Temperaturfühlern 8. Die Regeleinrichtung regelt abhängig von der Außenlufttemperatur nach einem von einer Heizkurve eingestellten Sollwert die Heizwasservor­ lauftemperatur des Wärmeverteilungssystems 6. Der Heizwasserrück­ lauf 9 ist über die Wärmepumpenanlage 7 dem Mischventil 4 zuge­ führt. Die Regeleinrichtung des konventionellen Teils besitzt einen Regler 10, der durch Aufimpulse und Zuimpulse den Mischventilstell­ motor 5 steuert. Durch Stellungen des Mischventils 4 bzw. des Misch­ ventilstellmotors 5 wird die Wärmepumpenanlage 7 nach Maßgabe des Wärmebedarfs des Wärmeverteilungssystems auf besondere Weise akti­ viert und desaktiviert. Durch Sonderstellungen wird der Brenner 3 zu- oder abgeschaltet.

Im konventionellen Teil der Heizungsanlage gibt die Regeleinrichtung als Ausgangssignale (abhängig vom Vorzeichen und der Höhe der Regelabweichung zwischen Istwert und Sollwert der Heizwasservor­ lauftemperatur), Impulse an den Mischventilstellmotor 5 ab. Hierdurch wird das Mischventil 4 in Richtung "Auf" oder "Zu" gefahren, und zwar nach Maßgabe eines Endschalters 13 für die Zustellung und eines Endschalters 14 für die Aufstellung. Die Erfindung macht sich dieses zunutze: Die Endschalter 13 bzw. 14 am Mischventil 4 bzw. am Mischventilstellmotor 5 werden überwacht und hieraus werden Im­ pulse für das Zuschalten der Wärmepumpenanlage 7 und des Bren­ ners 3 abgeleitet.

Die in den Fig. 2 und 3 erläuterte Schaltung ist derart angelegt, daß bei einer konventionellen Heizungsregelung möglichst wenig Ein­ griffe nötig sind. Die Regelung stellt ein teilweise unterlagertes Regelungssystem dar, da lediglich die Endschalter 13, 14 des Misch­ ventilstellmotors 5 überwacht werden und die Brennerfreigabe direkt erteilt wird (Fig. 2) Die Überwachung der Endschalter 13, 14 erfolgt mittels einer elektronischen Sende/Empfangseinrichtung, die in 11 untergebracht ist und die ein hochfrequentes Kleinspannungssignal (z. B. 50 kHz) über die entsprechenden Endschalter 13, 14 führt (Fig. 2). Die Ein/Ausschaltfunktion bezüglich der Wärmepumpenanlage 7 wird prinzipiell über den Endschalter 13 des Mischventilstellmotors 5 in Zustellung gesteuert. Bei der Erläuterung soll als Ausgangszu­ stand das Mischventil 4 völlig geschlossen sein, d. h. der Endschal­ ter 13 ist geöffnet. Die Wärmepumpenanlage 7 ist ausgeschaltet:

Wird bei der konventionellen Heizungsregelung Wärme angefordert, so fährt das Mischventil 4 aus der Zustellung heraus. Dadurch schließt der Endschalter 13 und veranlaßt dadurch die Elektronik, die Verzögerungsglieder 17 und 18 zu aktivieren (18 ist nur für die Heizkesselsteuerung wichtig; die Schaltfunktion wird später erläutert). 17 ist ein Verzögerungsglied, welches unmittelbar anzieht. Die Wärme­ pumpenanlage 7 wird über den Kontakt von 17 zugeschaltet (Klemme 19, 20). Ist die Wärmepumpenanlage in der Lage, den Heizwärmebe­ darf des Gebäudes zu decken, so wird nach einer gewissen Zeit die konventionelle Heizungsregelung das Mischventil 4 wieder zufahren, bis der Endschalter 13 erneut öffnet. Das Verzögerungsglied 17 schal­ tet die Wärmepumpe jedoch erst nach einer Nachlaufzeit von 10 bis 15 Minuten ab. Dies ist zur Vermeidung von häufigem Schalten not­ wendig. Der Ausgangszustand ist wieder erreicht. Der oben beschrie­ bene Vorgang setzt sich zyklisch fort. Bei evtl. zu geringem Heiz­ wasservolumenstrom oder zu hoher Rücklauftemperatur wird das Ver­ zögerungsglied 17 über einen am Kondensatorausgang der Wärmepumpe zu installierenden Sicherheitstemperaturbegrenzer desaktiviert. Diese Einrichtung dient zur Vermeidung von Hochdruckstörungen sowie Ab­ schaltung der Wärmepumpenanlage 7 aufgrund zu hoher Heizwasser­ rücklauftemperatur. Ist die Wärmepumpenanlage 7 nicht mehr in der Lage, den Wärmebedarf des Gebäudes allein zu decken, so wird der Sollwert der Heizwasservorlauftemperatur nicht mehr erreicht. Dem­ zufolge wird das Mischventil 4 trotz ständig laufender Wärmepumpen­ anlage 7 - Endschalter 13 ist immer geschlossen - immer weiter auf­ gefahren. Liegt nicht nur eine kurzzeitig geringe, sondern eine längere und deutlichere Unterdeckung des Heizwärmebedarfes vor, so wird das Mischventil 4 nach einiger Zeit völlig in Aufstellung fahren und der Endschalter 14 wird geöffnet. Hierdurch wird das Verzöge­ rungsglied 21 aktiviert. Da es sich bei dem Verzögerungsglied 21 um ein anzugverzögertes oder vorlaufendes Verzögerungsglied 21 handelt, wird es erst nach einer vorgewählten Zeit von z. B. 60 bis 90 Minu­ ten anziehen und über das Verzögerungsglied 21 wird das Relais 22 aktiviert. Relais 22 geht über den Kontakt von Verzögerungsglied 18 in Selbsthaltung und gibt den Brenner 3 der Heizkesselanlage 1 über den Kesselthermostaten 2 frei. Bei zusätzlichem Brennerbetrieb - paralleler Betrieb - wird das Mischventil 4 in eine dem Sollwert der Heizwasservorlauftemperatur entsprechende Stellung gefahren. Relais 22 bleibt über die Selbsthaltung aktiviert, d. h. Wärmepumpen­ anlage 7 und Heizkesselanlage 1 werden parallel betrieben. Wird die Wärmepumpenanlage 7 desaktiviert (z. B. durch EVU-Sperrzeiten, zu hohe Heizwasserrücklauftemperatur, zu geringen Heizwasservolumen­ strom, minimale Wärmequellentemperatur), so wird die Heizkesselan­ lage 1 automatisch die volle Wärmebedarfsdeckung übernehmen. Falls die Wärmepumpenanlage 7 durch Fortfall der entsprechenden Abschalt­ kriterien wieder in Betrieb geht - der Endschalter 13 ist weiterhin geschlossen und somit die Wärmepumpenanlage 7 weiterhin freige­ geben - wird automatisch das Mischventil 4 die Rücklauftemperatur­ anhebung wieder ausregeln. Es ist im Ergebnis sowohl ein paralleler, ein teilparalleler als auch ein alternativer Betrieb zwischen Wärme­ pumpenanlage 7 und Heizkesselanlage 1 möglich. Falls bei bestehen­ dem Parallelbetrieb die Wärmepumpenanlage 7 z. B. durch Anstieg der Außentemperatur erneut in die Lage versetzt wird, den Heiz­ wärmebedarf allein zu decken, so wird das Mischventil 4 nach einiger Zeit in die Zustellung fahren. Dadurch werden Verzögerungsglied 17 und 18 desaktiviert, d. h. sie werden nach den vorgewählten Zeiten abfallen. Hierbei muß das Verzögerungsglied 17 jedoch immer eine längere Nachlaufzeit besitzen als 18. Wenn Verzögerungsglied 18 ab­ fällt, wird gleichzeitig das Relais 22 desaktiviert, d. h. der Bren­ ner 3 wird gesperrt und kann erst wieder nach Aktivierung von Ver­ zögerungsglied 21 freigegeben werden. Nach Abfall von Verzögerungs­ glied 17 geht dann zuletzt auch die Wärmepumpenanlage 7 außer Betrieb. Die Zu- bzw. Abschaltung des Brenners 3 und somit der Heizkesselanlage 1 erfolgt demnach lastabhängig und ermöglicht so­ mit einen maximalen Arbeitsanteil der Wärmepumpenanlage 7 an der Jahresheizarbeit.

Claims (1)

1. Steuereinrichtung für die Vereinigung einer konventionellen Heizungs­ anlage, die eine elektronische, witterungsgeführte Regeleinrichtung aufweist, mit einer Wärmepumpenanlage im Zuge des Umbaus der kon­ ventionellen Heizungsanlage zu einer bivalenten Heizungsanlage,
   wobei die konventionelle Heizungsanlage einen Heizungskessel mit von einem Heizkesselthermostat überwachten Brenner, ein Mischventil mit Mischventilstellmotor und ein an das Misch­ ventil angeschlossenes Wärmeverteilungssystem aufweist,
   wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Außenlufttempe­ ratur nach einem nach Maßgabe einer Heizkurve eingestellten Soll­ wert die Heizwasservorlauftemperatur der Heizungsanlage regelt, wo­ bei der Heizwasserrücklauf über die Wärmepumpenanlage dem Misch­ ventil zugeführt ist, wobei der Mischventilstellmotor von Aufimpulsen und Zuimpulsen eines Reglers der Regeleinrichtung bis in eine Auf­ stellung und in eine Zustellung steuerbar ist, und wobei das Misch­ ventil und/oder der Mischventilstellmotor Endschalter für die Zustel­ lung sowie für die Aufstellung des Mischventils aufweisen, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Endschalter (13) für die Zustellung sowie an den Endschalter (14) für die Auf­ stellung eine elektronische Sende/Empfangseinrichtung (11) ange­ schlossen ist, die ein hochfrequentes Kleinspannungssignal über die Endschalter (13 bzw. 14) führt, und daß die elektronische Sende/ Empfangseinrichtung (11) bei durch das Mischventil (4) oder den Mischventilstellmotor (5) ausgeschaltetem Brenner (3) die Wärme­ pumpenanlage (7) über ein Verzögerungsglied (17) in Übereinstim­ mung mit der Aufstellung des Mischventils (4) aktiviert sowie mit der Zustellung des Mischventils (4) desaktiviert.