DE3721270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Heizungsanlagen mit mindestens zwei Heizkesseln sind beispielsweise aus der DE-OS 35 40 327 bekannt. Sie können zum Beheizen von Schulen, Bürogebäuden und Fabriken eingesetzt werden. Die Anzahl der in der Heizungsanlage vorhandenen Heizkessel richtet sich nach Größe und Anzahl der zu beheizenden Räume und der dadurch vorgegebenen Heizleistung, die in der Heizungsanlage erzeugt werden muß. In bekannten, mit Gas betriebenen Heizungsanlagen werden Heizkessel mit nur einer Heizstufe, aber auch solche mit zwei Heizstufen verwendet. Im folgenden wird davon ausgegangen, daß in einer Heizungsanlage mindestens zwei Heizkessel mit einer Heizstufe oder mit zwei Heizstufen vorhanden sind.

Bei diesen Heizungsanlagen wird die installierte Heizleistung aus Sicherheitsgründen größer ausgelegt, als sie für eine ausreichende Versorgung der angeschlossenen Verbraucher benötigt wird. Das wird gemacht, damit genügend Heizleistung als Reserve zur Verfügung steht, wenn ein Heizkessel oder eine Heizstufe ausfällt. Die an das Gaswerk zu zahlende Grundgebühr als vereinbarte Vertragsleistung richtet sich nach der installierten und nicht nach der tatsächlich maximal benötigten Heizleistung. Die Betreiber solcher Heizungsanlagen mit "Heizreserve" zahlen daher eine zu hohe Grundgebühr.

In der DE-Z "Energie & Automation" der Firma Siemens, 9. Jahrgang, April 87, Seiten 45 bis 47 ist ein der Vermeidung zu hoher Kosten dienendes Gerät beschrieben, das der Begrenzung von Spitzenlasten beim Energiebezug dient. Mit diesem Gerät soll die beanspruchte Leistung unter einer vorgegebenen Grenze gehalten werden. Dazu werden laufend Verbrauchswerte gemessen. Wenn eine Überschreitung der vorgegebenen Grenze droht, werden bestimmte Verbraucher abgeschaltet, also nicht mehr mit Energie versorgt. Im Notfall werden alternativ sogar alle verfügbaren Verbraucher abgeschaltet, damit die Überschreitung der Grenze auf einem Minimum gehalten wird. Dieses Gerät setzt also eine ständige Erfassung des Energieverbrauchs voraus. Es sieht außerdem die Abschaltung von Verbrauchern vor, was gerade in Heizungsanlagen besonders störend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Schaltungsanordnung so zu gestalten, daß ohne Verbrauchsmessung und ohne Eingriff in die Verbraucher der Heizungsanlage stets nur eine maximal vorgegebene Heizleistung gefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Diese Schaltungsanordnung ist für jede mit Gas betriebene Heizungsanlage einsetzbar, die mindestens zwei Heizkessel aufweist. Sie kann in einem plombierbaren bzw. versiegelbaren Gerät von Mitarbeitern des Gaswerks installiert werden. Unabhängig von der installierten Heizleistung einer Heizungsanlage kann immer nur die von der Schaltungsanordnung vorgegebene Heizleistung als maximale Heizleistung gefahren werden. Der Betreiber hat dann eine gegenüber der installierten Heizleistung verminderte Vertragsleistung. Die an das Gaswerk zu zahlende Grundgebühr ist entsprechend niedriger.

Wenn in einer mit der Schaltungsanordnung ausgerüsteten Heizungsanlage beispielsweise zwei Heizkessel vorhanden sind, wird durch die Schaltungsanordnung stets ein Heizkessel verriegelt. Die Heizleistung ist dadurch auf die Heizleistung des einen Heizkessels begrenzt. Der andere Heizkessel kann beispielsweise dann eingeschaltet werden, wenn der erste Heizkessel ausfällt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, beide Heizkessel abwechselnd zu betreiben, wobei jeweils ein Heizkessel arbeitet, während der andere durch die Schaltungsanordnung verriegelt ist. Die maximale, mit dem Gaswerk vereinbarte Vertragsleistung wird auch dann nicht überschritten. Dieser Vorteil der Schaltungsanordnung ist nicht nur bei Heizungsanlagen mit zwei Heizkesseln gegeben, sondern auch bei einer größeren Anzahl von Heizkesseln bzw. Heizstufen, von denen immer eine als Reserve installierte Heizstufe verriegelt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit analoger Erfassung der Heizleistung.

Fig. 2 die Schaltungsanordnung mit digitaler Erfassung der Heizleistung.

In Fig. 1 ist ausschnittsweise eine Schaltungsanordnung für eine Heizungsanlage dargestellt, die sechs Heizkessel bzw. Heizstufen I bis VI aufweist. Der Einfachheit halber ist die Schaltungsanordnung nur für eine Heizstufe vollständig dargestellt. Die Funktionsweise und die Schaltungsteile der Schaltungsanordnung sind für die übrigen Heizstufen die gleichen. "Heizstufen" können dabei Heizkessel mit nur einer Heizstufe oder auch die beiden Heizstufen eines entsprechend ausgerüsteten Heizkessels sein.

Zur Stromversorgung des Magnetventils 1 oder eines Gebläsebrenners der Heizstufe I für den Heizkessel einer mit Gas zu betreibenden Heizungsanlage wird das durch die Buchstaben L und N gekennzeichnete Wechselstromnetz verwendet. Im Stromkreis des Heizkessels liegt ein Thermostatschalter 2, durch welchen der Heizkessel nach Maßgabe der eingestellten Temperatur ein- und ausgeschaltet wird. In Reihe mit dem Thermostatschalter 2 liegt ein Schaltelement 3, bei dem es sich beispielsweise um ein Relais handeln kann. Die Heizstufe des Heizkessels kann nur dann betrieben werden, wenn sowohl der Thermostatschalter 2 als auch das Schaltelement 3 geschlossen sind.

Ein Schaltkontakt 3a des Schaltelements 3 liegt schaltungstechnisch in einer durch eine strichpunktierte Linie eingerahmten Parallelschaltung 4, zusammen mit fünf weiteren Schaltkontakten der Heizstufen II bis VI. Der Schaltkontakt 3a liegt ebenso wie alle anderen Schaltkontakte in Reihe mit einem ohmschen Widerstand 5, der zur Anpassung an die jeweilige Heizleistung vorzugsweise als einstellbarer Widerstand bzw. Potentiometer ausgebildet ist. Die Parallelschaltung 4 ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, die beispielsweise eine Gleichspannung von 12 Volt liefert.

An die Parallelschaltung 4 ist außerdem eine elektrische Verriegelungsstufe 6 angeschlossen, die von einer strichpunktierten Linie umrahmt ist und nach Maßgabe der an der Parallelschaltung 4 anliegenden Spannung arbeitet. Durch die Verriegelungsstufe 6 wird sichergestellt, daß stets nur so viele Heizstufen eingeschaltet werden können, daß deren aufsummierte Heizleistung der mit dem Gaswerk vereinbarten Vertragsleistung entspricht.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 arbeitet beispielsweise wie folgt:

Sobald der Thermostatschalter 2 geschlossen wird, zieht das Schaltelement 3, das vorzugsweise als Relais ausgebildet ist, an. Der Schaltkontakt 3a wird dadurch ebenso geschlossen, wie der in der Verriegelungsstufe 6 liegende Schaltkontakt 3b des Schaltelements 3. Die an der Parallelschaltung 4 anliegende Spannung ist dann, wenn nur der Schaltkontakt 3a geschlossen ist, so niedrig, daß der an dem aus den Widerständen 7 und 8 gebildeten Spannungsteiler liegende Transistor T 1 nicht durchgeschaltet wird. Der Kondensator 9 wird daher durch die 12 V-Spannungsquelle innerhalb einer Zeit aufgeladen, die durch ein zur Verriegelungsstufe 6 gehörendes Verzögerungsglied 10 vorgegeben ist, welches beispielsweise aus den Widerständen 11, 12 und 13 sowie dem Kondensator 9 besteht. Das Verzögerungsglied 10 ist durch eine strichpunktierte Linie umrahmt.

Nach einer Zeit von beispielsweise 30 Sekunden, die auch kürzer oder länger sein kann, ist der Kondensator 9 so weit aufgeladen, daß der Transistor 2 durchgeschaltet wird. Das Relais 14 zieht dann an und schließt den Schalter 15 des Magnetventils 1 bzw. des Gebläsebrenners, so daß die entsprechende Heizstufe eingeschaltet wird. Gleichzeitig wird durch das Relais 14 der Schalter 16 geöffnet, so daß die am Kondensator 9 anstehende Spannung erhalten bleibt. Wenn die erforderliche Kesseltemperatur erreicht ist, öffnet der Thermostatschalter 2 und das Schaltelement 3 mit seinen Schaltkontakten wird ebenfalls geöffnet.

Die für die Heizstufe I geschilderte Funktionsweise gilt auch für die Heizstufen II bis V. Je mehr Schaltkontakte 3a in der Parallelschaltung 4 geschlossen werden, desto größer wird die an derselben anliegende Spannung. Es sei dabei angenommen, daß die maximale Heizleistung dann gegeben ist, wenn die Heizstufen I bis V eingeschaltet sind. Dabei wird für jede einzelne Heizstufe eine Verriegelungsstufe 6 mit Verzögerungsglied 10 wirksam, so wie es im Vorangehenden für die Heizstufe I beschrieben ist. Die Verzögerung bei der Aufladung des Kondensators 9 bzw. der Durchschaltung des Transistors T 2 ist erforderlich, damit die Schaltung jeweils prüfen kann, ob die der maximalen Heizleistung entsprechende Spannung an der Parallelschaltung 4 erreicht bzw. überschritten ist.

Die Heizstufe VI soll im vorliegenden Fall Heizreserve sein und dementsprechend verriegelt werden. Wenn also deren Thermostatschalter 2 und damit auch ihr Schaltelement 3 schließt, steigt die Spannung an der Parallelschaltung 4 über den vorgegebenen Maximalwert an. Als Folge davon wird der Transistor T 1 stromdurchlässig, der damit auch den Transistor T 3 stromdurchlässig macht. Dadurch wird das Potential am Transistor T 4 so verschoben, daß auch der Transistor T 4 stromdurchlässig wird. Die Folge davon ist, daß der Kondensator 9 des Verzögerungsgliedes 10 nicht mehr aufgeladen werden kann, da die Spannung ständig über den Transistor T 4 abgebaut wird. Der Transistor T 2 wird also nicht mehr stromdurchlässig und das Relais 14 kann nicht anziehen. Da dann der Schalter 15 der Heizstufe VI nicht geschlossen wird, kann dieselbe nicht eingeschaltet werden. Diese Verriegelungsschaltung gilt beispielsweise für die Heizstufe VI, wenn die Heizstufen I bis V eingeschaltet sind.

Wenn zu dem Zeitpunkt, zu dem der Thermostatschalter 2 der Heizstufe VI schließt, beispielsweise die Heizstufe I - oder eine andere Heizstufe - bereits wieder abgeschaltet war, dann steigt die Spannung an der Parallelschaltung 4 nicht über den Maximalwert an. In diesem Fall kann die Heizstufe VI eingeschaltet werden, während dann die Heizstufe I durch die Schaltungsanordnung verriegelt wird.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 arbeitet prinzipiell genau so wie die Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Statt der analogen Arbeitsweise mit einer Parallelschaltung 4 und angeschlossener Verriegelungsstufe 6 ist hier ein Digitalzähler 17 an die einzelnen Heizstufen angeschlossen, der mit entsprechender Elektronik durch Zählen feststellt, welche und wieviel Heizstufen im Einsatz ist bzw. sind. Dazu wird dem Digitalzähler 17 die Heizleistung der einzelnen Heizstufen vorgegeben, die je nach Höhe mit unterschiedlichen, zu zählenden Werten eingegeben wird. Sobald der Digitalzähler 17 einen der maximalen Heizleistung entsprechenden Wert aufsummiert hat, werden alle weiteren Heizstufen verriegelt. Auch hier ist es im Prinzip egal, welche Heizstufen bzw. Heizkessel in Betrieb sind. Es ist auf jeden Fall sichergestellt, daß die maximale Heizleistung nicht überschritten wird.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zur Begrenzung der Heizleistung einer mit Gas zu betreibenden Heizungsanlage mit mindestens zwei Heizkesseln, die jeder über mindestens einen, in einem elektrischen Stromkreis liegenden Thermostatschalter ein- und ausschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in Reihe mit dem Thermostatschalter (2) jedes Heizkessels ein weiteres Schaltelement (3) angeordnet ist,
• - daß alle Schaltelemente (3) der Heizungsanlage mit einer die vorgegebene Heizleistung der jeweils in Betrieb befindlichen Heizkessel aufsummierenden elektronischen Schaltung (4, 17) verbunden sind und
• - daß an die elektronische Schaltung (4, 17) für jedes Schaltelement (3) eine ein elektronisches Verzögerungsglied (10) umfassende Verriegelungsstufe (6) angeschlossen ist, durch welche die Einschaltung weiterer Heizleistung unabhängig von der Stellung der einzelnen Thermostatschalter (2) dann unterbunden wird, wenn die in Betrieb befindliche Heizleistung bereits einer vorgegebenen, maximalen Heizleistung entspricht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die aufsummierende elektronische Schaltung als an eine Spannungsquelle angeschlossene Parallelschaltung (4) ausgebildet ist, in der Schaltkontakte (3a) aller Schaltelemente (3) jeweils in Reihe mit mindestens einem ohmschen Widerstand (5) parallel zueinander liegen und
• - daß die Verriegelungsstufen (6) an die Parallelschaltung (4) angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als ohmsche Widerstände (5) einstellbare Widerstände verwendet sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufsummierende elektronische Schaltung als Digitalzähler (17) ausgebildet ist, welcher die Heizleistung der einzelnen Heizstufen durch Zählen erfaßt und ab der maximalen vorgegebenen Heizleistung weitere Heizstufen verriegelt.