DE3607978C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern mindestens zweier auf einen Verbraucher ar­ beitender Wärmequellen gemäß dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs.

Unter Wärmequellen sind hier jedwede Art Wärmeerzeuger zu verstehen, also Umlaufwasserheizer, Kessel oder Wärme­ pumpen oder jedwede Kombination der drei Arten, unter Verbraucher kann ein beliebiger Brauchwasserspeicher oder eine Heizungsanlage oder auch eine Kombination beider verstanden werden.

Wesentlich ist, daß mindestens eine der beiden Wärmequel­ len nur die Betriebszustände Ein und Aus kennt, während eine innerhalb des Betriebszustandes Ein in einem Puls­ pausenverhältnis getaktet wird. Damit können die ersten Wärmequellen entweder die Leistung Null oder 100%, die andere über eine Variation des Pulspausenverhältnisses jeden beliebigen Leistungszustand auf den Verbraucher schalten.

Solche Steuerverfahren beziehungsweise Mehrkesselanlagen sind bekannt. Wird von einem Betriebszustand ausgegangen, bei dem zwei Wärmequellen in Betrieb sind, und sinkt der Wärmebedarf, so muß in geeigneter Weise auch für eine Verringerung der zugeschalteten Leistung der Wärmequellen gesorgt werden. Dies kann derart geschehen, daß, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur eine vorgegebene Schalt­ schwelle überschreitet, eine Wärmequelle, die dauernd ein- oder ausgeschaltet wird (Leistung 0% oder 100%), abgeschaltet wird.

Hierbei entsteht die Schwierigkeit, daß es, bedingt durch die Trägheit des Heizsystems, auch nach dem Abschalten der im Pulspausenbetrieb arbeitenden Wärmequelle noch zu einem Anstieg der Vorlauftemperatur kommen kann.

Deshalb muß die Abschaltschwelle in einem ausreichend großen Abstand zum Abschaltpunkt des Reglers liegen, um ein aufgrund des bestehenden Wärmebedarfs unnötiges Ab­ schalten einer Wärmequelle und damit eine zu hohe Tempe­ raturschwankung zu vermeiden. Andererseits ist damit der Nachteil verbunden, daß im Falle einer Verringerung des Wärmebedarfs um einen Betrag, der das Abschalten einer Wärmequelle ermöglicht, die Vorlauftemperatur immer min­ destens bis zu dieser Abschaltschwelle ansteigen muß, was in einigen Fällen zu einer Erhöhung der Raumtemperatur führen kann. Und zwar dann, wenn die Leistung der nur im Dauerbetrieb, das heißt nicht im Pulspausenbetrieb, ar­ beitenden Wärmequellen alleine ausreicht, um die Vorlauf­ temperatur auf einem über den Abschaltpunkt des Reglers für die im Pulspausenbetrieb arbeitende Wärmequelle lie­ genden Niveau zu halten.

Andererseits kann eine Energieersparnis immer dann er­ zielt werden, wenn das Vorlauftemperaturniveau und damit auch das Temperaturniveau im Wärmeerzeuger gesenkt werden kann und immer soviel Leistung zugeführt wird, wie auf­ grund des aktuellen Wärmebedarfs gerade benötigt wird. Das heißt aber, daß versucht werden muß, wann immer es möglich ist, die im Dauerbetrieb arbeitenden Wärmequellen durch die in ihrer Leistung veränderliche im Pulspausen­ betrieb arbeitende Wärmequelle zu ersetzen.

Aus der DE-OS 31 12 220 ist eine zweistufige Wärmepumpe bekanntgeworden, deren Verdichter im Zweipunktbetrieb arbeiten. Ferner ist ein Heizkessel vorgesehen, der über einen Mischer an einen Heizkreis zusammen mit der Wärme­ pumpe angeschlossen ist. Die Wärmepumpe und der Heizkes­ sel werden von einem Regler beherrscht, der zusätzlich zu einer Abschalttemperatur eine Abschaltschwelle besitzt.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, beim Betrieb von mehreren Wärmequellen um eine im Dauer­ betrieb arbeitende Wärmequelle zurückzuschalten, wenn dies aufgrund der sich weiterentwickelnden Wärmeanforde­ rung nötig ist, also das Abschalten von mehreren Wärme­ quellen auf einmal und eine längerfristige Überhöhung der Vorlauftemperatur zu vermeiden und gleichzeitig die im Hinblick auf den Energieverbrauch günstigste Kombination von Wärmequellen zuzuschalten.

Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merk­ malen des Hauptanspruchs.

Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfol­ genden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Fig. 1, 2 und 3 der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage und

Fig. 2 und 3 Diagramme.

In allen drei Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen je­ weils die gleichen Einzelheiten.

Die Heizungsanlage 1 in Fig. 1 weist einen Verbraucher 2 auf, der aus einer Vielzahl in Serie und/oder parallel­ liegender Radiatoren, Konvektoren, Fußbodenheizungsab­ schnitte oder einem Gebrauchswasserbereiter bestehen kann. Auf diesen Verbraucher 2 wird Wärme aus zwei gasbe­ heizten Kesseln 3 und 4 übertragen, wobei diese Kessel etwa gleiche Maximalleistung aufweisen, der Kessel 3 ent­ weder in Betrieb ist mit 100% Leistung oder ausgeschal­ tet ist, während der Kessel 4 in einem Pulspausenverhält­ nis getaktet wird.

Der Kessel 3 weist eine Kesselvorlaufleitung 5 auf, die mit einem Magnetventil 6 versehen ist, das von einem Stellmotor 7 angesteuert ist. Der weierführende Teil der Kesselvorlaufleitung führt zu einer Sammelleitung 8. An die Sammelleitung 8 ist auch der Kessel 4 über seine Kesselvorlaufleitung 9 angeschlossen, in der gleichfalls ein von einem Elektromagneten 10 betätigbares Magnetven­ til 11 vorgesehen ist. An den Sammler 8 schließt sich eine gemeinsame Vorlaufleitung 12 an, die mit einer von einem Elektromotor 13 angetriebenen Pumpe 14 versehen ist. Der weiterführende Teil der Vorlaufleitung 12 ist an den Verbraucher 2 angeschlossen, der seinerseits rück­ laufseitig über eine Leitung 15 mit einer ersten Verzwei­ gungsstelle 16 verbunden ist, von dem eine Kesselrück­ laufleitung 17, zum Kessel 3 führend, und eine Kessel­ rücklaufleitung 18 zum Kessel 4 führend, abgeht. Der Kessel 3 ist mit einem atmosphärischem Gasbrenner 19 ver­ sehen, der aus einer mit einem Gasventil 20 versehenen Gasleitung 21 gespeist ist, wobei das Ventil 20 von einem Elektromagneten 22 beherrscht ist, der lediglich die Be­ triebszustände offen und geschlossen kennt.

Auch der Kessel 4 weist einen atmosphärischen Gasbrenner 23 auf, der aus der gleichen Leitung 21 gespeist ist, und zwar über ein Ventil 24, das von einem Elektromagneten 25 beherrscht ist, wobei dieses Ventil nach Maßgabe der vom Kessel 4 abzugebenden Leistung getaktet ist. Die Elektro­ magnete 22 und 25 sind über Leitungen 26 und 27 mit einer Steuervorrichtung 28 verbunden, über die über eine Stell­ leitung 29 der Pumpenmotor 13 angetrieben ist. Die Elek­ tromagnete 7 und 10 sind über zugehörige Leitungen 30 und 31 gleichfalls mit der Steuervorrichtung 28 verbunden. An die Steuervorrichtung 28 ist ein Vorlauftemperaturfühler 32 über eine Leitung 33, ein Außentemperaturfühler 34 über eine Leitung 35 und ein Sollwertgeber 36 über eine Leitung 37 angeschlossen.

Statt atmosphärischer Gasbrenner 19 und 23 können auch Gebläse-Gasbrenner beziehungsweise Öl-Gebläsebrenner Ein­ satz finden. Statt der Kessel 3 und 4 könnten ebensogut Absorptions-Wärmepumpen beziehungsweise Kompressions- Wärmepumpen oder Umlaufwasserheizer sowohl in gleicher als auch in unterschiedlicher Kombination zum Einsatz kommen. Als Regelgröße muß nicht die Vorlauftemperatur vorgesehen sein, durch Anordnung des Fühlers 32 an der Leitung 15 könnte es sich ebensogut um eine Rücklauftem­ peratur oder eine von beiden Temperaturen einzeln abge­ leitete Temperatur handeln.

An die Steuervorrichtung 28 ist ein Sägezahngenerator 38 über eine Leitung 39 angeschlossen. Die über je eine Leitung 30 beziehungsweise 31 ansteuerbaren Ventile 6/7 beziehungsweise 10/11 sind dafür vorgesehen, den nicht benötigten Kessel vom Verbraucher 2 hydraulisch zu trennen.

Die Funktion der dargestellten Heizungsanlage wird nun anhand der Diagramme der Fig. 2 und 3 näher erläutert.

In beiden Figuren ist in der Abszisse die Zeit t in Mi­ nuten und in der Ordinate die Vorlauftemperatur in °C aufgetragen. Der Istwert der Vorlauftemperatur ändert sich gemäß der Kurve 40, und zwar zwischen einer Ein­ schaltwelle t 1 und einer Ausschaltschwelle t 2, die in gleichen Abständen ober- und unterhalb des Vorlauftemperatur-Soll­ wertes TVS liegen. Oberhalb der Abschalt-Temperatur­ schwelle t 2 liegt eine zusätzliche Abschaltschwelle t 3 gemäß einer Kurve 41, die gebildet wird aus der Abschalt­ schwelle t 2 plus einem Festwert Δ t, wobei t 3 immer ober­ halb t 2 liegt, solange dieser Wert nicht abgesenkt wird.

Für alle Ein- und Ausschaltspiele, die zeitlich vor dem Punkt 42 liegen, wird unterstellt, daß beide Wärmequellen auf den Verbraucher geschaltet sind und in Betrieb sind. Erfolgt nunmehr im Punkt 42 ein Abschaltbefehl, da der Istwert der Vorlauftemperatur die obere Abschaltschwelle t 2 erreicht hat, so geht der Kessel 4 außer Betrieb, der im Pulspausenverhältnis betrieben wurde, der Kessel 3 bleibt in Betrieb. Damit sinkt die Vorlauftemperatur, be­ ginnend mit dem Punkt 42, nach einer e-Funktion gemäß der Kurve 43. Gleichzeitig wird im Punkt 42′ die zusätzliche Abschaltschwelle t 3 zeitlich linear stetig gemäß dem Kurvenzug 44 abgesenkt. Diese Absenkung kann mit am Säge­ zahngenerator 38 einstellbarer unterschiedlicher Absenk­ geschwindigkeit geschehen, dauert aber so lange, bis ent­ weder die Kurve 44 den Wert für TVS schneidet oder bis ein Einschaltbefehl für die gerade außer Betrieb befind­ liche Wärmequelle 4 erfolgt. Dies kann gemäß Fig. 2 im Punkt 45 geschehen, gemäß Fig. 3 auch dadurch geschehen, daß die Istwert-Kurve gemäß dem Kurvenzug 43 die zusätz­ liche Abschaltschwelle im abgesenkten Kurvenzug 44 schnei­ det, was in Fig. 3 im Punkt 46 geschieht. Auch ein anderer möglicher Einschaltbefehl wäre denkbar.

Somit wird im Punkt 45′ zeitgleich zum Punkt 45 in Fig. 2 die Absenkung für die zusätzliche Abschaltschwelle wieder aufgehoben, so daß das Niveau dieser zusätzlichen Abschaltschwelle wieder auf das Niveau t 3 angehoben wird. Das bedeutet, daß im Punkt 45 die gerade abgeschaltete Wärmequelle 4 wieder in Betrieb geht, und beide Wärme­ quellen heizen gemäß einem folgenden Kurvenzug 40 den Verbraucher wieder auf. In jedem Fall wird vermieden, daß im Punkt 42 beide Wärmequellen abgeschaltet werden, da ja noch eine für das Erreichen einer ordentlichen Wärme­ lieferung an den Verbraucher 2 notwendig wäre.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind die Verhält­ nisse so gewählt, daß die Wärmelieferung des Kessels 4 voll ausreicht. Das heißt, der Istwert der Vorlauftempe­ ratur gemäß dem Kurvenzug 43 erreicht nicht den Mittel­ wert des Sollwertes TVS und auch nicht die Einschalt­ schwelle t 1 für die zweite Wärmequelle 4. Da aber die zusätzliche Abschaltschwelle t 3 gemäß dem Kurvenzug 44 gleichermaßen abgesenkt wird, schneiden sich die Kurven 43 und 44 im Punkt 46, womit erstens die zusätzliche Ab­ schaltschwelle wieder auf das Niveau t 3 erhöht wird, gleichzeitig aber die andere Wärmequelle 3 auch abge­ schaltet wird. Damit fällt der Istwert der Vorlauftem­ peratur gemäß dem weiteren Kurvenzug 47, bis zum Punkt 48 die Einschaltschwelle t 1 erreicht ist. Danach beginnt wieder das Ansteigen der Vorlauftemperatur aufgrund des Einschaltens der Wärmequelle 4. Im weiteren Verlauf er­ gibt sich ein sägezahnförmiger Verlauf der Vorlauftempe­ ratur analog zur Kurve 40 und 43 in Fig. 2. Entsprechend wird auch die Wärmequelle 4 periodisch ein- und ausgeschaltet.

Hierdurch wird die dem Wärmetauscher 2 zugeführte Leistung gegenüber der Betriebsart mit der mit voller Leistung arbeitenden Wärmequelle 3 reduziert.

Ebenfalls reduziert wird der Mittelwert der Vorlauftempe­ ratur, was zu geringen Verlusten in der Wärmequelle 4 führt.

In analoger Weise erfolgt die Abschaltung von Wärmequel­ len bei mehr als zwei Wärmequellen.

Wesentlich ist dabei, daß beim Überschreiten der Ab­ schaltschwelle t 3 nie mehr als eine Wärmequelle abge­ schaltet wird. Erst nach einer Mindestwartezeit und bei dann noch vorliegenden Abschaltbedingungen kann die nächste Wärmequelle vom Wärmeverbraucher getrennt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Steuern wenigstens zweier auf einen Verbraucher arbeitender Wärmequellen, von denen wenigstens eine im Zweipunktbetrieb, jedoch nur eine zusätzlich in einem Puls-Pausen-Verhältnis betrie­ ben wird, wobei zusätzlich zur Abschalttemperatur (t 2) des Reglers eine Abschaltschwelle (t 3) gebil­ det wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschalt­ schwelle um einen Festwert (Δ t) gegenüber der Abschalttemperatur (t 2) erhöht ist und die mit dem Überschreiten der Vorlauf-Ist-Temperatur (40) zeit­ abhängig maximal bis auf den Soll-Wert (TVS) oder bis zum Schnittpunkt mit der Vorlauf-Ist-Tempera­ tur (40) abgesenkt wird, wobei bei Gleichheit der Vorlauf-Ist-Temperatur mit der Abschaltschwelle (t 3, 44) die zugeschaltete Leistung der Wärme­ quellen verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Erreichen der Abschalttemperatur (t 2) jeweils eine Wärmequelle abgeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Absenkung (44) linear zeit­ abhängig erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Absenkgeschwindig­ keit der Absenkung (44) variiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle beim Erreichen der Abschalttemperatur (t ₃) erst dann ab­ geschaltet wird, wenn seit Erreichen der Schaltschwelle (t ₂) eine Mindestwartezeit vergangen ist.