DE4309313A1 - Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder Verkalkungszustandes von Wärmetauschern in Heiz- oder Kühlanlagen - Google Patents
Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder Verkalkungszustandes von Wärmetauschern in Heiz- oder KühlanlagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder
Verkalkungszustandes von Wärmetauschern in Heizanlagen nach
dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung
eine solche Heizanlage, die mit einer das erfindungsgemäße Verfahren
durchführenden Überwachungseinrichtung versehen ist. Im Zusammenhang
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der entsprechenden Heizanlage
ist vorab nachdrücklich zu betonen, daß die Erfindung gleichermaßen bei
Heiz- und Kühlanlagen einsetzbar ist. Obwohl zur Vermeidung einer
schwer verständlichen Anspruchsfassung nur auf eine entsprechende Heiz
anlage abgestellt wurde, versteht es sich, daß ein entsprechendes Über
wachungsverfahren im Zusammenhang mit einer Kühlanlage ebenfalls von
der Erfindung Gebrauch macht.
Ein grundlegendes Problem bei Heizanlagen mit einem ein Heizmedium,
z. B. Heizwasser führenden Primärkreislauf und einem ein aufzuheizendes
Medium, also z. B. Brauchwasser, führenden Sekundärkreislauf, liegt dar
in, daß der die beiden Kreisläufe thermisch koppelnde Wärmetauscher sich
während des Anlagenbetriebes aufgrund von Ausflockung, Verschlammung,
Verschmutzung, Verkalkung oder ähnlicher Ablagerungen aufgrund physi
kalischer oder chemischer Reaktionen während der Temperaturänderung des
Heiz- bzw. aufzuheizenden Mediums beim Wärmetauschvorgang zusetzen
kann, da sich die angegebenen Verschmutzungen oder Verkalkungen an
den Wärmetauscherflächen und/oder in den Zuführungskanälen zu den
Tauscherflächen ablagern können. Dies führt dazu, daß sich die für die
Auslegung der Heizanlage zugrundegelegten Parameter, wie Durchflußwi
derstände, Durchflußmengen, Druckwerte, Temperaturen, Energieverhältnis
se und Leistungen, K-Werte etc., ständig verändern, was das durch die
Aufheiz-Regelungsvorrichtung bestimmte Betriebsverhalten negativ beein
flußt. Eine einwandfreie, auslegungskonforme Funktion der Heizanlage ist
dadurch in Frage gestellt.
Zur Vermeidung der vorstehenden Probleme ist es notwendig, den Wärme
tauscher oder andere von Verschmutzung und/oder Verkalkung betroffene
Anlagenteile rechtzeitig auszutauschen oder zumindest zu reinigen. Da die
Ablagerungsgeschwindigkeit von Verschmutzungen und/oder Verkalkungen
jedoch stark von den Standortbedingungen, wie z. B. der Wasserqualität,
abhängt, ist der Zeitpunkt des Eintretens von Störungen nicht vorausbe
stimmbar. Trotzdem sollten solche Ablagerungen frühzeitig erkannt wer
den, um Folgeschäden, wie ein Totalausfall, Betriebsunterbrechungen, zu
hoher Energieverbrauch, Zerstörung von Anlagenteilen etc., zu verhin
dern. Darüber hinaus läßt sich z. B. ein Wärmetauscher leichter reinigen,
wenn es noch nicht zu einer totalen Verstopfung der Strömungskanäle
darin gekommen ist.
Zur Lösung des vorstehend erörterten Problemes existieren bereits Über
wachungssysteme, die aktiv den Verschmutzungszustand von Wärmetau
schern überwachen. Diese Systeme beruhen z. B. auf der Messung von Dif
ferenzdrücken zwischen dem Zu- und Ablauf des Wärmetauschers an der
Sekundärseite. Auch eine Überwachung der Durchflußmenge pro Zeiteinheit,
die sich mit zunehmender Verschmutzung verringert, wurde bereits prakti
ziert.
Nachteilig bei derartigen Überwachungssystemen ist, daß die für die Mes
sung zuständigen Anlagenteile wie Druck- oder Durchflußmengen-Messer
ebenfalls mit dem aufzuheizenden Medium in Berührung stehen und es
auch in ihnen zu einer Verschmutzung oder Zusetzung kommen kann. Damit
werden die entsprechenden Meßwerte verfälscht.
Darüber hinaus sind für derartige Überwachungssysteme gesonderte Meß
vorrichtungen notwendig, die für die eigentliche Regelung der Heizanlage
nicht notwendig wären. Insofern erhöht sich durch solche Überwachungs
systeme der konstruktive Aufwand für die Heizanlage erheblich.
Weiterhin können die überwachten Werte aufgrund der unterschiedlichen
Auslegungen von Heizanlagen variabel sein, was eine Anpassung der
Überwachungseinrichtung an die jeweilige Anlage erforderlich macht.
Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt daher der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung des Verschmut
zungs- und/oder Verkalkungszustandes der gattungsgemäßen Art hinsicht
lich seiner Zuverlässigkeit zu verbessern und den konstruktiven Aufwand
für seine Durchführung zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruches
1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei der Erfindung wird dabei von der
Erkenntnis ausgegangen, daß es nicht notwendig ist, direkt mit der Ver
schmutzung und/oder Verkalkung der Wärmetauscher zusammenhängende
Größen, wie die Differenzdrücke über den Wärmetauscher oder die Durch
flußmenge pro Zeiteinheit durch diesen zu überwachen, sondern es genügt,
charakteristische Betriebsdaten, die bei der Regelung des Aufheiz-Vor
ganges in der Heizanlage verwendet werden, zu überwachen. Diese Be
triebsdaten, nämlich die Soll- bzw. Ist-Temperaturen von Heizmedium und
aufzuheizendem Medium sowie die pumpengesteuerten Fördermengen dieser
beiden Heizmedien werden erfaßt und deren Veränderung mit zeitlich fort
schreitendem Anlagenbetrieb kontrolliert. Diese Betriebsdaten ändern sich
nämlich in charakteristischer Weise, wenn sich z. B. der Wärmetauscher
sekundärseitig durch Ablagerungen zusetzt. Dies ist im Rahmen des Aus
führungsbeispiels näher erläutert.
Zusammenfassend genügt es also für eine Überwachung des Verschmut
zungs- und/oder Verkalkungszustandes von Wärmetauschern in Heizanla
gen, in einem Ausgangszustand, insbesondere bei der Erstinbetriebnahme
der Heizanlage, die beim Aufheizvorgang auftretenden Betriebsdaten zu
erfassen, als Ursprungsbetriebsdaten in einer Speichervorrichtung zu
speichern, während des Betriebs der Heizanlage von der Aufheiz-Regelvor
richtung die vorgenannten Betriebsdaten als Folge-Betriebsdaten turnus
mäßig zu erfassen, mit den gespeicherten Ursprungs-Betriebsdaten zu ver
gleichen und das Überschreiten einer definierten Abweichung der Folge
Betriebsdaten von den Ursprungs-Betriebsdaten als Kriterium für eine
übermäßige Verkalkung und/oder Verschmutzung des Wärmetauschers zu
benützen. Für diesen Fall wird ein Störzustand von der Aufheiz-Regelvor
richtung signalisiert.
In diesem Zusammenhang ist es für die Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens von Vorteil, daß moderne Aufheiz-Regelvorrichtungen von Heiz
anlagen in der Regel als programmierbare Mikroprozessor-Steuerungen
ausgestaltet sind, in die problemlos das erfindungsgemäße Überwachungs
verfahren unter Abarbeitung der im Kennzeichnungsteil vorgesehenen Ver
fahrensschritte softwaremäßig inkorporiert werden kann.
Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Verfahren mehrere Vorteile. So
brauchen keine zusätzlichen Meßelemente etwa für Differenzdrücke zwischen
dem Zu- und Ablauf des Wärmetauschers im Sekundärkreislauf oder Meßge
räte für die entsprechenden Durchflußmengen pro Zeiteinheit vorhanden
sein. Es wird lediglich auf Betriebsdaten zurückgegriffen, die durch
ohnehin in der Aufheiz-Regelvorrichtung vorhandene Meßelemente, wie z. B.
Temperaturfühler, geliefert werden, oder zur Regelung an sich, wie z. B.
die Drehzahl der drehzahlgesteuerten Umwälzpumpe im Primärkreislauf,
eingesetzt werden. Insofern besteht aufgrund des erfindungsgemäßen Ver
fahrens auch nicht die Gefahr, daß die Überwachung durch Ablagerungen
behindert wird.
Die Ansprüche 2 bis 4 geben vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs
gemäßen Verfahrens an. Näheres dazu ist der Beschreibung der Ausfüh
rungsbeispiele zu entnehmen.
Durch die im Anspruch 5 angegebene integrierende Erfassung der Ur
sprungs- und Folge-Betriebsdaten über eine einstellbare Zeitspanne wird
ein fehlerhaftes Ansprechen der Überwachungsvorrichtung vermieden. Durch
die zeitliche Integration fällt eine singuläre Fehlmessung z. B. der Tempe
ratur am sekundärseitigen Ablauf des Wärmetauschers - etwa aufgrund ei
ner externen Störung - praktisch nicht ins Gewicht.
Durch die im Anspruch 6 angegebenen Maßnahmen wird die Verläßlichkeit
der Folge-Betriebsdaten-Erfassung weiter gesteigert, da die Integralwerte
der Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten proportional der zugeführten
Energie während der Meßzeit sind. Die Betriebsdaten werden also mit ei
nem Normierungsfaktor, in dem die dem Wärmetauscher zugeführte Energie
wiedergegeben ist, multipliziert, so daß das Überwachungsergebnis verfäl
schende Schwankungen in der zugeführten Energie nicht zum Tragen kom
men können.
Nach Anspruch 7 findet die turnusmäßige Erfassung der Folge-Betriebsda
ten und deren Vergleich mit den Ursprungs-Betriebsdaten bei jedem Anfah
ren der Heizanlage statt. Damit ist die Häufigkeit der Anwendung des
Überwachungsverfahrens automatisch an die Auslastung und Einsatzhäufig
keit der Heizanlage selbst angepaßt.
Anspruch 8 lehrt verschiedene Ansprechverhalten der Heizanlage aufgrund
der Ermittlung von Störzuständen.
Nach Anspruch 9 wird das Auftreten eines Störzustandes in einem extern
abrufbaren Speicher protokolliert. Diese Maßnahme dient zum Schutz des
Installateurs der Heizanlage. Er kann damit nämlich nachweisen, daß bei
aufgetretenen Störzuständen der Betreiber der Heizanlage entgegen ein
schlägigen Wartungsvorschriften z. B. entsprechende optische und/oder akustische
Warnsignale mißachtet hat und durch einen vorschriftswidrigen
Weiterlauf der Heizanlage z. B. einen Totalausfall verursacht hat.
Die Ansprüche 10 bis 13 betreffen eine Heizanlage zum Aufheizen eines
Mediums, insbesondere von Brauchwasser, mittels eines Heizmediums, ins
besondere Heizwasser, bei der eine das erfindungsgemäße Überwachungs
verfahren durchführende Überwachungseinrichtung vorgesehen ist. Näheres
hierzu ist der Beschreibung der Ausführungsbeispiele entnehmbar.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach
folgenden Beschreibung entnehmbar, in der Ausführungsbeispiele für das
erfindungsgemäße Überwachungsverfahren sowie eine entsprechende Heizan
lage anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert sind. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Schaubild einer Heizanlage mit Aufheiz-Regelvor
richtung.
Fig. 2 ein Diagramm der Aufheiz-Regelvorrichtung zur Darstellung ihres
grundsätzlichen Aufbaus, sowie der Verknüpfung interner
funktionaler Gruppen.
Die in den Zeichnungen dargestellte Heizanlage dient zum Aufheizen von
Brauchwasser, das mit einer Soll-Temperatur von z. B. 60°C in dem Kessel
1 gespeichert wird. Letzterer weist einen Warmwasser-Ablauf 2, sowie ei
nen Kaltwasser-Zulauf 3 auf, die mit entsprechenden Warmwasser-Entnah
mestellen bzw. einer Kaltwasser-Einspeisung verbunden sind.
Zur Erwärmung des Brauchwassers im Kessel 1 ist ein Wärmetauscher 4
vorgesehen, der einen das Heizwasser führenden Primärkreislauf 5 und ei
nen das Brauchwasser führenden Sekundärkreislauf 6 thermisch miteinan
der koppelt. Der Primärkreislauf 5 besteht aus einer Vorlaufleitung 7, in
der ein elektromagnetisch betätigbares Sperrventil 8 zum Schließen des
Primärkreislaufes 5 angeordnet ist. In der Rücklaufleitung 9 ist eine
drehzahl-steuerbare Pumpe, nämlich die Primärpumpe 10 zur Umwälzung
des Heizwassers im Primärkreislauf 5 angeordnet. Vorlauf- 7 und Rück
laufleitung 9 sind beispielsweise mit einem Heizkessel verbunden, wobei
die Temperatur des Heizwassers in der Vorlaufleitung 7 z. B. 75°C beträgt.
Der Sekundärkreislauf 6 besteht wiederum aus einer Vorlaufleitung 11, die
den Kaltwasser-Ablauf 12 am Kessel 1 mit dem sekundärseitigen Eingang
13 des Wärmetauschers 4 verbindet. Eine sekundärseitige Rücklaufleitung
14 verbindet dessen sekundärseitigen Ausgang 15 mit dem Warmwasser-Zu
lauf 16 des Kessels 1. In der Vorlaufleitung 11 ist eine im Betrieb mit
konstanter Drehzahl laufende Pumpe, nämlich die Sekundärpumpe 17 zum
Umwälzen des Brauchwassers im Sekundärkreislauf 11 angeordnet.
An verschiedenen Stellen der Heizanlage sitzen Temperaturfühler. So sitzt
etwa auf halber Höhe des Kessels der Temperaturfühler 18, der die Tem
peratur T1 des Brauchwassers erfaßt. Auf deren Basis wird der Heizvor
gang gestartet und entsprechend der Heizwasserumlauf im Sekundär- 6 und
Primärkreislauf 5 angefahren.
Der Temperaturfühler 19 erfaßt die Brauchwasser-Temperatur T2 im unteren
Bereich des Kessels. Erreicht diese Temperatur T2 eine bestimmte Soll-
Temperatur von z. B. 60°C, so wird der Heizvorgang beendet und eine
Stillstandsfunktion unter Aufrechterhaltung eines Bereitschaftszustandes
der Heizanlage ausgelöst.
Der Temperaturfühler 20 erfaßt die Brauchwasser-Temperatur T3 am se
kundärseitigen Eingang 13 des Wärmetauschers 4. Der Temperaturfühler 21
mißt die Brauchwasser-Temperatur T4 am sekundärseitigen Ausgang 15 des
Wärmetauschers 4, die aufgrund der Regelung der Heizanlage im Betrieb
auf einen konstanten Wert von z. B. 60°C geregelt wird.
Die Temperaturfühler 22 bzw. 23 sind in der primärseitigen Vorlauf- 7
bzw. Rücklaufleitung 9 angeordnet und messen die vorlauf- bzw. rück
laufseitigen Temperaturen T5 bzw. T6 des Heizwassers im Primärkreislauf
5. Die Temperaturen T5 bzw. T6 betragen z. B. 75°C bzw. 65°C, wobei
letztere Temperatur T6 vom Maß der Energieentnahme und der
Durchflußverhältnisse im Wärmetauscher 4 abhängt.
Die Temperaturfühler 18 bis 23 sind mit einer als Ganzem mit 24 bezeich
neten Aufheiz-Regelvorrichtung verbunden, die auf der Basis einer pro
grammierbaren Mikroprozessor-Steuerung realisiert ist. Zur Verarbeitung
der thermischen Betriebsdaten, nämlich der Temperaturen T1 bis T6 wer
den die entsprechenden Temperatursignale von den Temperaturfühlern 18
bis 23 in einer Eingangs-/Ausgangs-Einheit in zu Meßaufbereitung (Fig. 2)
digitale Größen umgewandelt, die von der zentralen Prozessor-Einheit
26 der Aufheiz-Regelvorrichtung 24 verarbeitet werden können. Die Pro
zessor-Einheit 26 ist nach Art eines Mikroprozessors mit CPU, RAM- und
ROM-Speichern ausgebildet. Über die Eingangs-/Ausgangs-Einheit 25 wer
den auch die Primär- 10 und Sekundärpumpe 17 angesteuert.
Im Normalbetrieb findet die Regelung auf Aufheizvorganges mit Hilfe der
Aufheiz-Regelvorrichtung 24 wie folgt statt:
Auf der Basis eines in der Prozessor-Einheit 26 abgespeicherten, bei
spielsweise über die Eingabeeinheit 27 (Tastatur) eingebbaren Sollwert für
die Temperatur T4 am sekundärseitigen Ausgang 15 des Wärmetauschers 4
wird die Drehzahl nP der Primärpumpe 10 und damit die im Primärkreis
lauf 5 zirkulierende Fördermenge an Heizmedium so gesteuert, daß die
Temperatur T4 den Sollwert annimmt. Zur Drehzahlregelung dient dabei
ein PID-Regler, wie in Fig. 2 angedeutet ist. Im Sekundärkreislauf 6
wird die Sekundärpumpe 17 mit konstanter Drehzahl betrieben. Sie wird
also von der Aufheiz-Regelvorrichtung 24 lediglich ein- bzw. ausge
schaltet.
Alternativ zu der beschriebenen Ansteuerung der beiden Pumpen 10, 17
können diese auch impulsgesteuert werden.
Die weiteren Temperaturfühler T1 bis T3, T5 und T6 dienen zur Überprü
fung der thermischen Betriebsdaten während der Aufheizregelung bzw. zum
Anfahren bzw. Abschalten der Heizanlage. Dies erfolgt in üblicher Weise
und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
Die Heizanlage ist ferner mit einer Überwachungseinrichtung 28 versehen,
die in der beigefügten Zeichnung nach Art eines Blockschaltbildes funk
tional dargestellt und in die Aufheiz-Regelvorrichtung 24 integriert ist.
Die Realisierung der Überwachungseinrichtung 28 in der Praxis erfolgt
durch eine entsprechende softwareseitige Auslegung der Programmsteuerung
der Aufheiz-Regelvorrichtung.
Die Überwachungseinrichtung 28 ist in funktionaler Hinsicht mit einer Er
fassungs-Einrichtung 29 zur Erfassung der thermischen Betriebsdaten T1
bis T6 und der Pumpenbetriebsdaten versehen. Letztere bestehen für den
Fall einer drehzahl-gesteuerten Primärpumpe 10 aus der Pumpendrehzahl
nP.
Weiterhin weist die Überwachungs-Einrichtung 28 eine Speichereinrichtung
30 auf, die von der (nicht dargestellten) Speichereinheit der Prozessor
einheit 26 gebildet sein kann. Darüber hinaus ist eine Vergleichseinrich
tung 31 vorgesehen, deren Funktion in der Praxis ebenfalls von der Pro
zessoreinheit 26 wahrgenommen werden kann.
Für die Meldeeinrichtung 32 sind ein Summer 33 als akustische Warnanzei
ge sowie ein Warnlicht 34 als optische Warnanzeige vorgesehen. Darüber
hinaus kommt eine alpha-numerische Anzeigeeinheit in Form einer LCD-An
zeige 35 zum Einsatz. Summer 33, Warnlicht 34 und LCD-Anzeige 35 wer
den von der Prozessoreinheit 26 im Zusammenhang mit der Überwachungs
einrichtung 28 gesteuert. Ebenso ist eine Schnittstelle 42 vorgesehen, über
die Warnmeldungen an Peripherie-Einrichtungen in Form entsprechender
Daten übermittelt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder
Verkalkungszustandes des Wärmetauschers arbeitet wie folgt:
Im Zuge der Erstinbetriebnahme der Heizanlage werden die beim Aufheiz
vorgang auftretenden Betriebsdaten, nämlich die Temperaturen T1 bis T6
und die für eine Regelung der Temperatur T4 auf einen Sollwert notwen
dige Pumpendrehzahl nP der Primärpumpe 10 von der Erfassungseinrich
tung 2 erfaßt und als Ursprungs-Betriebsdaten T1 bis T6, nP in der Spei
chereinrichtung 30 abgespeichert. Die Abspeicherung der Betriebsdaten er
folgt dabei in Form von Integralwerten, die durch zeitliche Integration
der Betriebsdaten über eine Meßzeit von z. B. 3 Minuten ermittelt werden.
Weiterhin sind in der Speichereinrichtung 30 die maximal zulässigen Ab
weichungen der Betriebsdaten im Folgebetrieb von diesen Ursprungs-Be
triebsdaten definiert.
Bei jedem Anfahren der Heizanlage nach deren Erstinbetriebnahme werden
wiederum von der Erfassungseinrichtung 29 die vorstehend erwähnten Be
triebsdaten als Folge-Betriebsdaten T1′ bis T6′ und nP′ erfaßt und mit
den in der Speichereinrichtung 30 abgespeicherten Ursprungs-Betriebsdaten
T1 bis T6 und nP verglichen. Für den Fall, daß der Wärmetauscher 4 im
Bereich des Sekundärkreislaufes 6 verstopft ist, wird bei konstanter Dreh
zahl nS der Sekundärpumpe 17 pro Zeiteinheit weniger Brauchwasser durch
den Sekundärkreislauf 6 gefördert.
Insofern wird dem Primärkreislauf 5 wenige Energie entzogen, so daß
aufgrund der Aufheiz-Regelung die Primärpumpe 10 mit einer niedrigeren
Drehzahl nP′ läuft. Sofern dieser Wert z. B. um mehr als 30% vom Ur
sprungs-Wert nP nach unten abweicht, wird diese Drehzahl-Änderung
ΔnP an der Primärpumpe 10 als Kriterium für das Vorliegen eines
Störzustandes verwendet, was von der Vergleichseinrichtung 31 detektiert
wird. Entsprechend wird von der Meldeeinrichtung 32 über den Summer 33
und das Warnlicht 34 eine entsprechende akustische und optische Warnung
ausgegeben. Desgleichen können über die LCD-Anzeige 35 eine entspre
chende Störmeldung ausgegeben werden bzw. die Störmeldung nach Art ei
nes Störungsprotokolls in der extern abrufbaren Speichereinrichtung ab
gelegt werden.
Im übrigen können die vorstehend genannten Integralwerte der Pumpen-
Drehzahl nP, nP′ bei der Ursprungs- und Folge-Betriebs-Datenerfassung
mit einem Korrekturfaktor K multipliziert werden, der proportional ist der
Differenz der Temperaruren T5 und T6 des Heizmediums in der Vorlauf- 7
bzw. Rücklaufleitung des Primärkreislaufes 5.
Als weitere Alternative für ein erfindungsgemäßes Überwachungsverfahren
bietet es sich an, bei der Folge-Betriebsdaten-Erfassung kurzzeitig mit
der bei der Ursprungs-Betriebsdaten-Erfassung verwendeten Pumpendreh
zahl nP das Heizmedium durch den Primärkreislauf 5 zu fördern. Für den
Fall, daß der Wärmetauscher nach wie vor unverschmutzt ist, wird sich
bei entsprechend übereinstimmenden Temperaturen T3, T5, wieder die gewünschte
Temperatur T4 am sekundärseitigen Ausgang 15 des Wärmetau
schers einstellen. Falls der Wärmetauscher 4 verstopft ist, wird die Tem
peratur T4′ erheblich von der bei der Ursprungs-Betriebsdaten-Erfassung
einstellenden und einem Sollwert entsprechenden Temperatur T4 abweichen,
was wiederum als Kriterium für das Vorliegen eines Störzustandes verwen
det werden kann.
In Fig. 2 sind diejenigen Teile und funktionalen Baugruppen, die bereits
in Fig. 1 gezeigt sind, mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Über Fig. 1 hinaus sind in Fig. 2 noch ein Netzteil 36, eine Echtzeituhr
37, zusätzliche Meldeeinrichtungen in Form von Warnanzeigen 38 bzw. 39
für eine zu hohe bzw. zu niedrige Vorlauftemperatur T5 im Primärkreis
lauf 5, eine Betriebsdatenausgabe 40 für die Ladezeit und die Anzahl der
Betriebstage, sowie ein Steuerzweig 41 für einen Brenner eingezeichnet.
Diese Bauteile dienen dem üblichen Betrieb bekannter Heizanlagen und be
dürfen daher keiner tiefergehenden Erörterung.
Zusammenfassend ist darauf hinzuweisen, daß für die Überwachung des
Verschmutzungs- und/oder Verkalkungszustandes alternativ folgende wei
teren Betriebsdaten herangezogen werden können:
T3: Temperatur am sekundärseitigen Wärmetauschereingang 13
T5: Temperatur am primärseitigen Wärmetauschereingang 13
T6: Temperatur am primärseitigen Wärmetauscherausgang
ns: Pumpenansteuerungswert für Sekundärpumpe 17 (bei Drehzahl- oder Impulsregelung).
T5: Temperatur am primärseitigen Wärmetauschereingang 13
T6: Temperatur am primärseitigen Wärmetauscherausgang
ns: Pumpenansteuerungswert für Sekundärpumpe 17 (bei Drehzahl- oder Impulsregelung).
Die Temperaturen T1, T2 werden in der Regel nur für die Steuerung der
Heizanlage, nicht jedoch für die Überwachung von Verschmutzung/Verkal
kung herangezogen.
Claims (14)
1. Verfahren zur Überwachung des Verschmutzungs- und/oder Verkalkungs
zustandes von Wärmetauschern (4) in Heizanlagen mit einem ein Heizme
dium, insbesondere Heizwasser, führenden Primärkreislauf (5) und einem
ein aufzuheizendes Medium, insbesondere Brauchwasser, führenden Sekun
därkreislauf (6), wobei der Aufheizvorgang des aufzuheizenden Mediums
auf der Basis von Betriebsdaten, nämlich der Temperaturen (T1 bis T6)
von Heizmedium und aufzuheizendem Medium sowie der Ansteuerungsdaten
(ns, nP) für Pumpen (Primär- 10, Sekundärpumpe 17) zur Förderung des
Heizmediums und/oder aufzuheizenden Mediums durch den Wärmetauscher
mittels einer Aufheiz-Regelvorrichtung (24) geregelt wird, dadurch ge
kennzeichnet, daß in einem Ausgangszustand, insbesondere bei der Erstin
betriebnahme der Heizanlage, die beim Aufheizvorgang auftretenden Be
triebsdaten (T1 bis T6, nP) erfaßt und als Ursprungs-Betriebsdaten (T1
bis T6, nP) in einer Speichereinrichtung (30) gespeichert werden und daß
während des Betriebs der Heizanlage von der Aufheiz-Regelvorrichtung (24)
die vorgenannten Betriebsdaten als Folge-Betriebsdaten (T1′ bis
T6′), nP′) turnusmäßig erfaßt sowie mit den gespeicherten Ursprungs-
Betriebsdaten (T1 bis T6, nP) verglichen werden und daß durch das
Überschreiten einer definierten Abweichung (ΔnP, ΔT4) der Folge-Be
triebsdaten (T1′ bis T6′, nP′) von den Ursprungs-Betriebsdaten (T1 bis
T6, nP) ein auf Verkalkung und/oder Verschmutzung des Wärmetauschers (4)
beruhender Störzustand signalisiert sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung die Temperaturen (T5) in
der Heizmedium-Vorlaufleitung (7) im Primärkreislauf (5) sowie am Wär
metauscher-Ausgang (15) im Sekundärkreislauf (6) als thermische Be
triebsdaten von der Aufheiz-Regelvorrichtung konstant gehalten werden
und die Änderung (ΔnP) der Ansteuerungsdaten für die Pumpen (Primär- 10,
Sekundärpumpe 17) zur Förderung des Heizmediums und/oder aufzu
heizenden Mediums zwischen Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung
als Kriterium für das Vorliegen eines Störzustandes verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei im Sekundärkreislauf (6) das aufzu
heizende Medium mit zeitlich konstanter Pumpendrehzahl (ns) gefördert
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl-Änderung (ΔnP) der
drehzahlgesteuerten Pumpe (Primärpumpe 10) im Primärkreislauf (5) zwi
schen Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung als Kriterium für das
Vorliegen eines Störzustandes verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der
Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung die Temperatur (T5) in der
Heizmedium-Vorlaufleitung (7) im Primärkreislauf (5) und die Ansteue
rungsdaten (nP, ns) für die Pumpen (Primär- 10, Sekundärpumpe 17) zur
Förderung des Heizmediums und aufzuheizenden Mediums im Primär- (5)
und Sekundärkreislauf (6) kurzzeitig konstant gehalten werden und die
Änderung der Temperatur (T4) des aufzuheizenden Mediums am Wärmetau
scher-Ausgang (15) des Sekundärkreislaufes (6) und/oder der Temperatur (T6)
in der Heizmedium-Rücklaufleitung (9) im Primärkreislauf (5) zwi
schen Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung als Kriterium für das
Vorliegen eines Störzustandes verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ursprungs- und Folge-Betriebsdaten-Erfassung jeweils integrierend
über eine einstellbare Zeitspanne erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüche 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Integralwerte der Pumpen-Drehzahl (nP) bei der Ursprungs- und Fol
ge-Betriebsdaten-Erfassung mit einem Korrekturfaktor (K), gebildet aus
der Differenz der Temperaturen (T5, T6) des Heizmediums in der Vorlauf- (7)
bzw. Rücklaufleitung (9) des Primärkreislaufes (5) multipliziert wer
den.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Folge-Betriebsdaten-Erfassung und der Vergleich der entsprechen
den Folge-Betriebsdaten (T1′ bis T6′, nP′, ns′) mit den Ursprungs-Be
triebsdaten (T1 bis T6, nP, ns′ bei jedem Anfahren der Heizanlage
durchgeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Ermittlung eines Störzustandes ein optisches und/oder akustisches
Warnsignal abgegeben und/oder die Heizanlage abgeschaltet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auftreten eines Störzustandes in einem extern abrufbaren Speicher
protokolliert wird.
10. Heizanlage zum Aufheizen eines Mediums, insbesondere von Brauchwas
ser, mittels eines Heizmediums, insbesondere Heizwasser, mit
- - einem Primärkreislauf (5) für das Heizmedium,
- - einem Sekundärkreislauf (6) für das aufzuheizende Medium, der vor zugsweise mit einem Speichertank (Kessel 1) für das aufzuheizende Me dium verbunden ist,
- - einem Wärmetauscher (4) zur thermischen Kopplung von Primär- (5) und Sekundärkreislauf, (6)
- - einer drehzahl- oder impulsgesteuerten Umwälzpumpe (Primärpumpe 10) im Primärkreislauf (5),
- - einer geregelten oder ungeregelten Umwälzpumpe (Sekundärpumpe 17) im Sekundärkreislauf (6),
- - Temperaturfühlern (18 bis 23) zumindest in der Heizmedium-Vorlauf- (7) und Rücklaufleitung (9) im Primärkreislauf (5) sowie am Wärmetau scher-Eingang (10) und -Ausgang (15) im Sekundärkreislauf (6),
- - einer Aufheiz-Regelvorrichtung (24), die unter Erfassung der von den vorgenannten Temperaturfühlern (18 bis 23) generierten Betriebsdaten (T1 bis T6) entsprechend einstellbarer Sollwerte die Umwälzpumpen (Pri märpumpe 10, Sekundärpumpe 16) im Primär- (5) und Sekundärkreislauf (6) mit entsprechenden Pumpen-Betriebsdaten (nP) steuert, und
- - einer Überwachungseinrichtung (28) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Überwachungseinrichtung (28) aufweist:
die Überwachungseinrichtung (28) aufweist:
- - eine Erfassungseinrichtung (29) zur Erfassung von Temperatur- und Pumpen-Betriebsdaten (T1 bis T6, nP, ns),
- - eine Speichereinrichtung (30) zur Abspeicherung der in einem Ausgangs zustand, insbesondere bei der Erstinbetriebnahme der Heizanlage erfaß ten Ursprungs-Betriebsdaten (T1 bis T6, nP, ns) und der zulässigen Abweichungen der Folge-Betriebsdaten (T1′ bis T6′, nP,) von den Ursprungs-Betriebsdaten (T1 bis T6, nP, ns),
- - eine Vergleichseinrichtung (31) zum jeweiligen Vergleich der abgespei cherten Ursprungs-Betriebsdaten (T1 bis T6, nP, ns) mit den jeweils turnusmäßig erfaßten Folge-Betriebsdaten (T1′ bis T6′, nP′, ns′) und zur Feststellung eines Störzustandes bei Überschreiten der zulässigen Abweichungen der Folge-Betriebsdaten (T1′ bis T6′, nP′, ns′) von den Ursprungs-Betriebsdaten (T1 bis T6, nP, ns), sowie
- - eine Meldeeinrichtung (32) zur Ausgabe einer Störmeldung für den Fall eines festgestellten Störzustandes.
11. Heizanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfas
sungs- (29), Speicher- (30) und Vergleichseinrichtung (31) in die Auf
heiz-Regelvorrichtung (24) integriert sind.
12. Heizanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erfassungs- (29), Speicher- (30) und Vergleichseinrichtung (31) als
programmgesteuertes Mikroprozessor-System (Prozessoreinheit (26) ausge
bildet sind.
13. Heizanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Meldeeinrichtung (32) als akustische (Summer 33) und/oder
optische Warnanzeige (Warnlicht 34) und/oder alpha-numerische Anzeige
einheit, insbesondere LCD-Anzeige (35) und/oder Daten-Schnittstelle (42)
zu Peripherieeinrichtungen ausgebildet ist.
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