DE3800866A1

DE3800866A1 - Programmsteuerung zur verbesserung der wirtschaftlichkeit und reduzierung des manuellen bedienaufwandes von witterungsgefuehrten heizungsanlagen fuer oel- und gasfeuerung

Info

Publication number: DE3800866A1
Application number: DE3800866A
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Dipl Ing Gesler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-01-14
Filing date: 1988-01-14
Publication date: 1988-08-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Programmsteuerung als Zusatz für witterungsgeführte Niedrig/Tieftemperatur-Heizungsanlagen, mit welcher bei schnellen und/oder länger andauernden Änderungen der Außenlufttemperatur eine Verbesserung der Wirtschaft lichkeit und eine Reduzierung des manuellen Bedienaufwandes zur Aufrechterhaltung der gewünschten Raumtemperaturen erzielt werden. Außerdem betrifft die Erfindung eine Korrektur einrichtung, mit der erhöhte Wärmeverluste durch Windgeschwin digkeiten automatisch korrigiert werden, ohne daß manueller Bedienaufwand notwendig wird.

Moderne Niedrig/Tieftemperatur-Heizungsanlagen zur Raumheizung einer Vielzahl von Räumen sind prinzipiell so aufgebaut, daß die Kesseltemperatur und damit die Heizkreistemperatur durch die Außenlufttemperatur als Hauptstörgröße geführt wird.

Die eigentliche Regelgröße, die Raumtemperatur des jeweiligen Raumes, wird über individuelle Regelventile, die den Energie durchfluß durch den Heizkörper regeln, konstant gehalten.

Zwei unterschiedliche Betriebszustände sind im Extremfall in einer solchen Anlage einstellbar:

1. Die Heizkreistemperatur (als Funktion der Außentemperatur) wird so hoch eingestellt, daß die individuellen Raumthermostate die gewünschte Raumtemperatur durch Drosselung des Durchflusses aufrechterhalten.
2. Die Heizkreistemperatur wird so niedrig eingestellt, daß sich bei voll geöffneten Raumthermostaten die gewünschte Raumtemperatur z. B. im Wohnbereich einstellt.

Diese beiden Betriebszustände unterscheiden sich grundsätzlich. Im ersteren Fall ist der Bedienkomfort als gut zu be zeichnen, da manuelle Bedienung nicht notwendig ist. Die Raum thermostate haben einen genügend großen Stellbereich, um alle Störungen auszugleichen. Allerdings entfallen die wesentlichen wirtschaftlichen Vorteile von Niedrig/Tief temperatur-Heizanlagen damit, da die höheren Heizkreistempe raturen höhere Wärmeverluste bedingen, die Nachtabsenkung zwar niedrigere Heizkreistemperaturen einstellen, aber keine Absenkung der Raumtemperatur verursachen, weil ohne Ver stellung der Raumthermostate der Durchfluß durch den Heizkörper erhöht wird. Die Verluste bei gewollter Lüftung sind beträchtlich, da bei Öffnung des Fensters der Raumthermostat des Heizkörpers - der zumeist unter dem Fenster angebracht ist - unsinnigerweise voll öffnet. Außerdem behindert der aufsteigende "Wärmevorhang" den Lüftungsvorgang.

Ganz anders im zweiten Fall.
Zu diesem Betriebszustand ist der Themostatregler des Heizkörpers dauernd voll geöffnet. Durch die niedrigere Heiz kreistemperatur sind die Wärmeverluste gering. Bei Nachtabsenkung werden die Raumtemperaturen abgesenkt, wodurch die wirtschaftlichen Vorteile voll zum Tragen kommen. Bei gewolltem Lüften treten keine erhöhten Wärmeverluste auf, da die Heizleistung des unter dem Fenster angebrachten Heizkörpers nicht gesteigert werden kann.
Nachteile in diesem Betriebszustand sind, daß bei schnell verlaufenden Änderungen der Außenlufttemperatur, insbesondere zu tieferen Temperaturen, die Auskühlung der Räume ggf. schneller erfolgt als die notwendigerweise zu erhöhende Wärmezufuhr durch die temperaturgeführte Heizkreistemperatur, obschon diese bei sinkenden Temperaturen ebenfalls steigt. Hinzu kommt, daß der Mensch bei schnell absinkender Außen temperatur physiologisch ein größeres Wärmebedürfnis hat.

Umgekehrt tritt bei schnell steigender Außentemperatur eine Überheizung der Räume ein.
Mit anderen Worten: Bei einer Einstellung auf den unter 2. beschriebenen Betriebszustand wird die Anlage gegenüber nicht- stationären Übergangszuständen von Störgrößen empfindlicher und wird von den Benutzern als unzureichend bezeichnet. Die Folge davon wird zwangsläufig dazu führen, eine Einstellung nach dem unter 1. beschriebenen Betriebszustand - oder zumindest in Richtung auf diesen Zustand - einzustellen. Dies bedeutet die Aufgabe von den wesentlichen Vorteilen der Niedrig/Tieftemperatur-Heizsysteme. Die wirtschaftlichen Kenndaten nähern sich denen der älteren Anlagen an, die mit konstanter Kesseltemperatur gefahren wurden. Wesentliche Merkmale des technologischen Fortschritts werden verschenkt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nach Betriebszustand entsprechend 2. eingestelltes System, ohne die be schriebenen Nachteile betreiben zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei schnellen Änderungen der Außentemperatur die außentemperaturgeführte Regelfunktion abgeschaltet wird und statt dessen für eine begrenzte Zeitdauer eine je nach Änderungsrichtung der Außentemperatur um einen bestimmten Betrag erhöhte bzw. ermäßigte Heizkreistemperatur gefahren wird; also ein positiver oder negativer "Wärmeimpuls" durch die Programmsteuerung ausgelöst wird. Bei richtiger Bemessung dieses Impulses nach Größe, Dauer und Richtung wird eine Auskühlung bzw. Aufheizung des Gebäudes mit dem hierzu notwendigen Zeitvorhalt vermieden, bevor der Regler wieder seine Funktion für den neuen stationären Zustand übernimmt.

Um eine weitere Störgröße zu eliminieren, besteht eine zu sätzliche erfindungsgemäße Besonderheit darin, daß die außen temperaturgeführte Heizkreistemperatur bei Windgeschwindigkeiten der Außenluft um einen von den jeweiligen heizungs technischen Gegebenheiten abhängigen Windzuschlagswert erhöht wird, um die bei höheren Windgeschwindigkeiten auftretenden Wärmeverluste zu kompensieren.

Die geräteseitige Realisierung der Erfindung bereitet kaum Schwierigkeiten. Zwei reglerexterne Signale werden benötigt:
1. Die zeitliche Änderung der Außentemperatur T _A, d. h.

2. Die Windgeschwindigkeit der Außenluft, d. h. V _W.

Beide Größen sind dem Signal des bereits installierten Außenfühlers zu entnehmen, wobei die Windgeschwindigkeit indirekt gemessen wird. Mit Wind ist naturbedingt Böigkeit verbunden. Die Böigkeit bildet sich als Rauschen um den Mittelwert des Signals der Außenlufttemperatur aus.
Mit dem heute hinlänglich bekannten elektronischen Bauelementen bereitet die Aufbereitung der erforderlichen Signale

und V _W = f (Rauschsignales) keine Schwierigkeiten.
Anhand der Fig. 1 soll schematisch und beispielhaft der funktionelle Zusammenhang erläutert werden.

Im stationären Betrieb

wird das Stellglied St von der Ausgangsgröße Y _R des Kesseltemperaturreglers R so ein gestellt, daß die Temperatur des Heizkreises dem zugehörigen Führungswert der Außenlufttemperatur T _A entspricht.

Sollte das Rauschglied Böigkeit, d. h. Wind, melden, addiert sich die Windkorrektur Δ W _V zu W _TA, so daß sich eine um die Windgeschwindigkeit erhöhte Heizkreistemperatur einstellt.

Die Einzelthermostate der Wohnräume sind voll aufgedreht, während in Neben- und Schlafräumen die Thermostate auf die erforderliche Temperatur eingestellt sind.

Im nicht-stationären Zustand

ist die über die temperaturgeführte Heizkreistemperatur T _H zur Verfügung stehende Heizleistung unzureichend zur Erzielung des notwendigen Zeitvorhaltes. Deshalb wird bei Verwendung des erfin dungsgemäßen Zusatzsystems der Kesseltemperaturregler R abge schaltet, sobald das D-Glied schnellere, länger andauernde Außentemperatur-Änderungen mißt. Das Stellglied St wird jetzt über die Stellgröße Y _p durch einen vorgegebenen Pro grammimpuls so verstellt, daß sich für eine Zeitdauer t₁ eine erhöhte bzw. erniedrigte Heizkreistemperatur T _H einstellt. Nach Ablauf der Impulsdauer t₁, wird die Stellgröße Y wieder auf den Regler R zurückgeschaltet. Der normale stationäre Regelzustand ist damit wieder hergestellt.

In Fig. 2 ist beispielhaft das Bedienfeld des erfindungsgemäßen Systems dargestellt.

Die in diesem Zusammenhang interessierenden Gehäusefelder sind in "Regler" und "Programm" aufgeteilt:

1. Steilheit
Durch den eingestellten Wert für Steilheit und Parallel verschiebung wird zu jeder Außentemperatur die erforderliche Kesseltemperatur eingestellt.
2. Windkorrektur
Durch den eingestellten Wert wird für jede Windgeschwindigkeit die erforderliche Kesseltemperatur eingestellt.
3. Eingeschaltet
Die Lampe leuchtet auf, solange die Programmsteuerung eingeschaltet ist.
4. Temperaturanhebung
Durch den eingestellten Wert wird die erforderliche Anhebung der Kesseltemperatur für die Zeitdauer der einge schalteten Programmsteuerung eingestellt.

Claims

1. Witterungsgeführte Niedrig/Tieftemperatur-Heizungsanlage, mit welcher bei heizungstechnisch bedingter niedrigster Heizkreistemperatur die gewünschte Raumtemperatur erreicht wird und aufrechterhalten wird, auch bei schnellen und/ oder länger andauernden Änderungen der Außentemperatur und bei durch Wind verursachten Wärmeverlusten.

2. Verfahren bei witterungsgeführten Niedrig/Tieftemperatur- Heizungsanlagen nach Anspruch 1, daß bei schnellen und/ oder länger andauernden Änderungen der Außentemperatur eine Programmsteuerung die heizungstechnisch bedingte Heizkreis temperatur so steuert, daß die gewünschte Raumtemperatur aufrechterhalten wird.

3. Verfahren bei witterungsgeführten Niedrig/Tieftemperatur- Heizungsanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Programmsteuerung ausgelöste Änderung der Heizkreistemperatur von Hand auf die heizungstechnisch bedingte Höhe kalibriert werden kann.

4. Verfahren bei witterungsgeführten Niedrig/Tieftemperatur- Heizungsanlagen nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einschaltdauer der Programmsteuerung von Hand auf die heizungstechnisch bedingte Zeit kalibriert werden kann.

5. Verfahren bei witterungsgeführten Niedrig/Tieftemperatur- Heizungsanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Programmsteuerung ausgelöste Änderung der Heizkreistemperatur eine Funktion von Größe und/oder Dauer der Änderungsgeschwindigkeit der Außentemperatur ist.

6. Verfahren bei witterungsgeführten Niedrig/Tieftemperatur- Heizungsanlagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer der Programmsteuerung eine Funktion von Größe und/oder Dauer der Änderungsgeschwindigkeit der Außenlufttemperatur ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem aus dem Rauschsignal des Außenfühlers die am Fühler herrschenden Böen gemessen werden und als Maß für die Windstärke benutzt werden, um eine damit nach den heizungstechnischen Gegebenheiten erhöhte Heizkreistemperatur einzustellen.