DE4211914C2

DE4211914C2 - Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage mit einer Datenverarbeitungseinheit

Info

Publication number: DE4211914C2
Application number: DE4211914A
Authority: DE
Inventors: Walter Sander
Original assignee: WALTER SANDER HEIZUNGSTECHNIK
Current assignee: BAJORATH PLANUNGS-UND VERTRIEBSGESELLSCHAFT FUER Z
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1992-04-09
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2012-04-10
Also published as: DE4211914A1

Description

Die Erfindungf betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage mit einer Datenverarbeitungseinheit, bei dem durch einen Wärmeerzeuger, z. B. einen Heizkessel, ein Wärmeübertragungsmedium, z. B. Wasser erwärmt wird, das ein Heizungssystem mit einer Vorlauftemperatur durchströmt und nach Abgabe von Wärme an die Räume eines Gebäudes und/oder einer Wohnung in Abhängigkeit einer herrschenden Außentemperatur mit einer Rücklauftemperatur zum Wärmeerzeuger zurückfließt.

Aus der DE 30 27 802 C3 ist eine Regelung eines Heizungskessels durch Anpassung der Heizkesseltemperatur an den durch die Außentemperatur bestimmten jeweiligen Wärmebedarf unter Verwendung eines Brenners für strömende Brennstoffe bekannt, wobei eine der Anpassung der Kesselwassertemperatur gleichgerichtete Anpassung der Brennerleistung erfolgt. Die Brennerleistung wird ebenso wie die Kesseltemperatur stetig oder stufenförmig verändert.

Nachteilig ist, daß die Brennerleistung ständig dem jeweiligen Wärmebedarf angepaßt werden muß. Auch wenn sich hierdurch die Brennerlaufzeit verlängern, ist der notwendige Wärmebedarf trotzdem nur durch ein ständiges und ungleichmäßiges Starten der Brenner erzeugbar.

Die Ausbildung der einzelnen Bauteile eines Gebäudes oder einer Wohnung haben Einfluß auf den Wärmebedarf. Je kleiner die Wärmeverluste durch Wärmeleitung und die Lüftungswärmeverluste sind, um so geringer ist die Wärmemenge, die von einer Heizungsanlage erbracht werden muß. Der Heizenergieverbrauch eines Gebäudes oder einer Wohnung hängen nicht allein vom Wärmebedarf ab, sondern werden von der Dimensionierung des Heizkessels, den Wärmeverlusten und der automatischen Regelung mitbestimmt. Der Heizkessel versorgt über eine Vorlaufleitung ein Heizungssystem. Nach Durchströmen eines erhitzten Wärmeübertragungsmediums durch das Heizungssystem fließt dieses zum Heizungskessel als Wärmeerzeuger wieder zurück. Um die Vorlauftemperatur entsprechend regeln zu können, werden ein Außentemperaturfühler und ein Vorlauftemperaturfühler, der in der Vorlauf-Leitung angebracht ist, installiert. Hierdurch erfolgt eine witterungsgeführte automatische Vorlauftemperaturregelung mit einer Datenverarbeitungseinheit unter Einbeziehung einer Nachtabsenkung.

Auch wenn sich hierdurch Heizungskosten senken lassen, treten immer noch eine Reihe von Nachteilen auf. So ist die Temperatur, die zur Beheizung der Räume benötigt wird, am Wärmeerzeuger nicht genau einstellbar. Um nun die Raumtemperatur auf einen bestimmten vorgegebenen Wert halten zu können, ist ein sehr häufiges Ein- und Ausschalten des als Wärmeerzeuger dienenden Heizkessels notwendig. Dadurch entsteht ein großer Temperaturunterschied zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur, eine Kondensatbildung und Versottung im Heizkessel. Hinzu kommt, daß die Heizungsanlage nicht voll ausgenutzt wird. Außerdem entsteht bei jedem Start des Heizkessels ein erhöhter CO-Gehalt von ca. 300-600 ppm, der nach einer Minute auf 1-5 ppm zurückgeht.

Eine Heizungsanlage mit einer Datenverarbeitungseinheit für Gebäude oder Wohnungen wird im Prospekt "Centrathermsystem MC 50" der Firma CENTRA-BÜRKLE beschrieben. Auch hier ist ein Heizkessel über eine Vorlauf- und Rücklaufleitung mit einem Heizsystem verbunden. Die Raumtemperatur wird durch eine witterungsabhängige Vorlauftemperatur-Regelung mit einem Außen-Temperaturfühler und einem Vorlauf-Temperaturfühler in Abhängigkeit von der gemessenen Innentemperatur vorgenommen.

Auch bei dieser Heizungsanlage ist es nur möglich, die Raumtemperatur durch ein ständiges kurzzeitiges Aus- und Einschalten des Heizkessels mit den bereits beschriebenen Nachteilen zu garantieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage anzugeben, das auch mit Brennern mit nicht veränderbarer Leistung möglichst lange Laufzeiten erreicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren dadurch gelöst, daß die pro Zeiteinheit vom Wärmeerzeuger abgegebene Wärmemenge in Abhängigkeit von der Außentemperatur vorgegeben wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Wärmeerzeuger nur so stark wie unbedingt nötig belastet wird, da die erforderliche Wärmemenge in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingestellt wird. Die Einstellung der Wärmemenge pro Zeiteinheit sorgt dafür, daß

- nur mit der Temperatur geheizt wird, die tatsächlich benötigt wird,
- die Heizung umweltfreundlich durch eine Senkung der Abgaswerte, insbesondere der CO-Werte ist,
- der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers sich wesentlich erhöht (93% der erzeugten Wärme werden genutzt),
- keine Korrosionen mehr im Wärmeerzeuger entstehen, was seine Lebensdauer wesentlich erhöht.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die erforderliche Wärmemenge aus einer ermittelten Kesselleistung und als Zeiteinheit ermittelten Laufzeitintervallen in Abhängigkeit einer in Intervallen gestalteten ermittelten Außen- und Rücklauftemperatur festgestellt. Dadurch wird indirekt die Höhe der erforderlichen Raumtemperatur bei sich verändernden Außentemperaturen gehalten. Außerdem wird die Rücklauftemperatur auf ein solch hohes Niveau angehoben, daß die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur beim Heizvorgang möglichst gering ist.

Vorteilhaft ist es, wenn aus der aufgenommenen Außen- und Rücklauftemperatur Brenner des Wärmeerzeugers in den Langzeitintervallen von 1- bis 3mal für eine Dauer von 3 bis 60 Minuten in einer Stunde gestartet werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß zum einen der Wärmeerzeuger bei sehr niedrigen Temperaturen voll ausgelastet wird und zum anderen bei steigender Außentemperatur nur so oft gestartet wird, daß eine solche Brenndauer gehalten werden kann, die größer als eine Minute ist. Durch solche Langzeitintervalle wird vor allem ein Absinken des CO-Gehaltes erreicht.

Vorteilhaft ist es, die ermittelte Kesselleistung durch eine einmalige Veränderung der Düsen der Brenner bereitzustellen. Zusammen mit Verbesserungen des Wärmeüberganges wird der Wärmeerzeuger und damit die gesamte Heizungsanlage voll ausgenutzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Heizungsanlage mit Steuerungsvorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Steuerungsvorrichtung in einer Blockschaltbilddarstellung.

In Fig. 1 ist eine Heizungsanlage dargestellt. Von einem Heizkessel HZK wird über eine Vorlauf- und eine Rücklaufleitung VOL und RÜL ein Heizungssystem H versorgt. Das Heizungssystem H besteht aus Heizkörpern, die in Küche HKü, Schlafzimmer HSchl, Kinderzimmer HKi, Eßzimmer HEss und Wohnzimmer HWo installiert sind. Die Heizkörper HKü, HSchl, HKi, HEss und HWo sind unter Berücksichtigung wärmetechnischer Parameter wie Wärmedurchgangskoeffizient der einzelnen Bauteile, Lüftungswärmeverluste (Fensterfugen, Fensterlüftung, zu erwärmender Rauminhalt) für eine bestimmte zu erreichende Raumtemperatur t_A berechnet und werden entsprechend eingestellt. Damit ergibt sich für die Sicherung der festgelegten Raumtemperatur t_A in der Küche auf 20°C, dem Schlafzimmer auf 15°C, dem Kinderzimmer auf 20°C, dem Eßzimmer auf 18°C und dem Wohnzimmer auf 20°C eine bestimmte Wärmemenge. Um diese Wärmemenge zu gewährleisten, werden Brenner BR1, . . ., BR4 im Heizkessel HZK entsprechend fest eingestellt und Wärmeübergangsflächen WMG im Brennerraum des Heizkessels HZK mit einem Aluminiumlack nachbeschichtet. Auch wenn schon eine Beschichtung vorhanden ist, ist es vorteilhaft, eine entsprechende Nachbeschichtung vorzunehmen. Durch diese Maßnahmen erhöht sich der Wirkungsgrad des Heizkessels HZK sehr wesentlich. In der Rücklaufleitung RÜL ist ein Rücklauftemperaturfühler RUF eingebaut, der die Rücklauftemperatur t_RÜ des Wärmeübertragungsmediums, z. B. Wasser oder dergleichen mißt. Zusammen mit einem Außen-Temperaturfühler AUF werden nur die Außentemperatur t_A und die Rücklauftemperatur t_RÜ des Wärmeübertragungsmediums gemessen und wie auch Fig. 2 zeigt, über einen Eingangsbaustein E in eine Datenverarbeitungseinheit MP einer Steuervorrichtung S eingegeben. Anhand dieser Werte, die in einem nicht dargestellten Analog-Digital-Wandler umgewandelt werden, steuert die Datenverarbeitungseinheit MP über einen Netz-Anschluß-Baustein N die gesamte Heizungsanlage. Die Datenverarbeitungseinheit MP kann als Mikroprozessor, Ein-Chip-Rechner, Einplatinenrechner oder dergleichen ausgebildet sein.

In die Datenverarbeitungseinheit MP kann dabei z. B. ein in der Tabelle dargestelltes Programm-Menü eingegeben werden.

Die Berechnung des Wärmebedarfes des in Fig. 1 beschriebenen Heizungssystems ergibt, daß eine Wärmemenge bei einer Außentemperatur t_A von -20°C und einer Raumtemperatur t_RA von +20°C und entsprechend abgestuft in den einzelnen Räumen, wie bereits beschrieben, von 20 kWh benötigt wird. Die Brenner BR1, . . ., BR4 des nachbehandelten Heizkessels HZK werden zur Erzeugung dieser Wärmemenge so fest eingestellt, daß sie bei einem ständigen Brennen nach einem Brennstart eine Rücklauftemperatur von +65°C aufweisen. Steigt die Außentemperatur t_A und mißt der Temperatur-Außenfühler AUF nur noch -10°C, stellt die Datenverarbeitungseinheit MP ein anderes Menü fest und startet die Brenner BR1, . . ., BR4 dreimal 15 Minuten lang bei einer durch den Rücklauf-Temperaturfühler gemessenen Rücklauftemperatur t_RÜ von +55°C. Bei einer Brennerstillstandszeit von 15 Minuten gibt der Heizkessel HZK dann eine Wärmemenge von 15 kWh ab.

Steigt die Außentemperatur t_A auf 0°C an und mißt der Temperaturaußenfühler AOF 0°C, dann stellt die Datenverarbeitungseinheit MP wiederum ein anderes Menü ein. Die Brenner BR1, . . ., BR4 laufen dreimal zehn Minuten lang innerhalb einer Stunde bei dreimal zehn Minuten Pause zwischen dem jeweiligen Brennerstart. Dadurch wird eine Wärmemenge von 10 kWh abgegeben.

Steigt die Außentemperatur t_A ständig weiter an, wird, wie die Tabelle deutlich macht, jeweils ein anderes Menü angewählt, wobei die Langzeitintervalle, in denen die Brenner BR1, . . ., BR4 gestartet und betrieben werden, sich verändern. Im Programm-Menü selbst ist festgelegt, daß die Langzeitintervalle, in denen die Brenner BR1, . . ., BR4 gestartet werden, in Abhängigkeit von der gemessenen Außentemperatur t_A bei -20°C ständig in Betrieb sind, im Bereich von -15 bis 0°C dreimal in einer Stunde, wobei die Brenndauer von 17,5 Minuten auf 10 Minuten sinkt, im Bereich von +5 bis +15°C zweimal in einer Stunde, wobei die Brenndauer von 11,25 auf 3,75 Minuten absinkt und bei +20°C einmal in einer Stunde bei einer Brenndauer von 1×3,75 Minuten festgelegt ist. Erfindungswesentlich ist, daß mit einem Programm dieser Art, das natürlich auch bei anderen Ausgangsbedingungen abwandelbar ist, die erforderliche Raumtemperatur t_RA indirekt zugunsten einer Brenndauer mit Festintervallen, bei denen gesichert ist, daß die Brenner BR1, . . ., BR4 nach dem Brennerstart immer eine feste Zeit in Betrieb bleiben, gehalten werden. Dadurch werden die bereits erwähnten Vorteile geringer Energieverbrauch, keine Feststellung von CO-Abgaswerten durch einen Abgasfühler ABF, keine Kondensatbildung im Inneren des Heizkessels HZK und keine Versottung im Heizkessel und im Schornstein SCH erfüllt.

Eine Heizpumpe HEP sorgt für eine gleichmäßige Umwälzung des Wärmeübertragungsmediums durch alle Heizkörper (hydraulischer Abgleich). Dadurch, daß die Heizpumpe HEP in der Rücklaufleitung RUL angeordnet ist, wird das abgekühlte Wärmeübertragungsmedium kontinuierlich durch den Wärmeaustauschbereich des Heizkessels HZK gedrückt und damit in den Brennerstillstandszeiten bzw. in den Vor- und Nachlaufzeiten der Heizpumpe HEP diesem noch vorhandene Restwärme entzogen.

Wie aus der Fig. 2 weiter zu ersehen ist, besteht für den Benutzer der Heizungsanlage die Möglichkeit, über eine Menü-Wahleinrichtung MEW in einem Menü-Baustein M das Programm-Menü nach seinen Wünschen zu verändern mit dem Ziel, z. B. die Raumtemperatur t_RA zu erhöhen oder bei sinkenden Außentemperaturen t_A diese zu halten. Neben dem Außen-Temperaturfühler AUF und dem Rücklauf- Temperaturfühler RUF sind ein nicht dargestellter Vor lauf-Temperaturfühler VOF, ein Mischerfühler MIF, ein Werkstatt-Fühler WIF, ein Warm-Wasser-Ein-Fühler WWEF und ein Warm-Wasser-Aus-Fühler WWAF neben dem bereits genannten Abgasfühler ABF am Eingangs-Baustein E angeschlossen, wobei die ermittelten Meßwerte lediglich zu Kontrollzwecken verwendet werden. Ein Teil der ermittelten Meßwerte einer Vorrangsschaltung VRS, die anzeigt bzw. signalisiert ein "EIN" für Warm-Wasser- Pumpe, Brenner BR1, . . ., BR4 und Ladepumpe "AUS" und für einen nicht dargestellten Mischer, der in bekannter Weise beim Verbinden von Vorlauf- und Rücklaufleitung VOL und RUL das Wärmeübertragungsmedium mischt, ein "ZU" mit einer Nachlaufzeit von 1 bis 20 Minuten.

Die vom Abgas-Fühler ABF ermittelten Werte werden an eine Störungsschaltung STÖ eines Netz- und Anschlußbausteins N mit seinem Netzteil NZT weitergeleitet, wobei sich im Eingangs-Baustein E die Meldewerte im Bereich von 20 bis 100% einstellen lassen. Über die Anschlüsse und Anzeigen Störungsmeldung STÖ, Warm-Wasser-Ladepumpe WWL, Heizpumpe HEP, Mischer-Zu MIZ, Mischer-Auf MIA und Brenner BR1, . . ., BR4 erfolgt eine entsprechende Ansteuerung bzw. Kontrolle. Mit dem Netz- und Anschlußbaustein N ist auch die Datenverarbeitungseinheit MP verbunden. Durch einen Timer-Baustein T mit einem Langzeit-Timer LAT für 1 bis 30 Tage, einen Heizungs-Timer HET mit drei Programmen pro Tag und einer Wochenschaltung, einem Mischer-Timer MIT für eine Zeiteinstellung des Mischers, einem Warm-Wasser-Timer WWT für eine Regelung der Warmwasser-Versorgung, einem Ventilator-Timer VET und einem Abgasluft-Timer ALT, der in einem Zeitintervall von 1 bis 20 Minuten einstellbar ist, wird die Möglichkeit gegeben, über die Datenverarbeitungseinheit MP bestimmte Details von Zusatzgeräten und der Heizungsanlage, ohne deren Steuerungsverhalten grundsätzlich zu ändern, zu bestimmen.

Claims

1. Verfahren zur Regelung einer Heizungsanlage mit einer Datenverarbeitungseinheit (MP), bei dem durch einen Wärmeerzeuger, z. B. einen Heizkessel (HZK) ein Wärmeübertragungsmedium, z. B. Wasser erwärmt wird, das ein Heizungssystem (H) mit einer Vorlauftemperatur durchströmt und nach Abgabe von Wärme an die Räume eines Gebäudes und/oder einer Wohnung in Abhängigkeit einer herrschenden Außentemperatur (t_A) mit einer Rücklauftemperatur (t_RÜ) zum Wärmeerzeuger (HZK) zurückfließt, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit vom Wärmeerzeuger (HZK) abegebene Wärmemenge in Abhängigkeit von der Außentemperatur (t_A) vorgegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Wärmemenge aus einer ermittelten Kesselleistung (KL) und als Zeiteinheit ermittelten Langzeitintervallen (Δτ) in Abhängigkeit einer in Intervallen gestaffelten ermittelten Außen- und Rücklauftemperatur (t_A; t_RÜ) festgestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus der aufgenommenen Außen- und Rücklauftemperatur (t_A; t_RÜ) Brenner (BR1, . . ., BR4) des Wärmeerzeugers (HZK) in den Langzeitintervallen (Δτ) von 1- bis 3mal für eine Dauer von 3 bis 60 Minuten in einer Stunde gestartet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Kesselleistung (KL) durch eine einmalige Einstellung der Düsen der Brenner (BR1, . . ., BR4) bereitgestellt wird.