DE4312808A1

DE4312808A1 - Verfahren zur Steuerung einer Raumheizungsanlage und Vorrichtung

Info

Publication number: DE4312808A1
Application number: DE4312808A
Authority: DE
Inventors: Jan-Aede Dipl Ing Stapensea
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1993-04-20
Publication date: 1994-10-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Raumheizungsanlage nach einer Heizkurve, die den anlagespezifischen Zusammenhang zwischen den Außentemperaturen und der Vorlauf-Solltemperatur darstellt, mit einem Heizkessel und einer Pumpe im Heizungskreis, deren Drehzahl in Abhangigkeit von der Differenz zwischen der Vorlauf-Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur gesteuert wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist in der DE 30 05 209 A1 beschrieben. Dort ist die temperaturabhängige Drehzahlsteuerung der Pumpe vorgesehen, um deren Wirkungsgrad zu verbessern. Im Betrieb treten unterschiedliche Temperaturdifferenzen zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur auf, durch die die Drehzahl der Pumpe gesteuert wird. Eine Steuerung der Heizleistung des Heizkessels ist nicht vorgesehen.

In der DE 25 24 302 C2 ist ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Heizungsanlage beschrieben, bei dem die Vorlauftemperatur des Heizkessels in Abhängigkeit von der Heizungs-Vorlauftemperatur oder der Heizungs- Rücklauftemperatur oder deren Differenz gleitend geregelt wird. Die Kesseltemperatur selbst steht damit in Abhängigkeit von der Außentemperatur, die nach einer Heizkurve die Vorlauf-Solltemperatur bestimmt. Eine temperaturabhängige Steuerung der Umwälzpumpe ist nicht vorgesehen.

Aus der DE 30 27 802 C2 ist eine Regelung eines Heizkessels bekannt, bei der die Kesselwassertemperatur an den jeweiligen Wärmebedarf angepaßt ist und eine Veränderung der Kesselwassertemperatur zu einer gleichgerichteten Veränderung der Brennerleistung führt. Eine Umwälzpumpe ist dort nicht erwähnt.

In der EP 0 308 848 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Temperatur des Heizmediums einer Umlaufheizung mit einer Minimaltemperaturbegrenzung beschrieben. Es soll in Abhängigkeit von der Isttemperatur des Heizmediums und der Außentemperatur sowohl die Brennerleistung als auch die Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums gesteuert werden; letzteres jedoch erst bei Erreichen einer vorgegebenen Minimaltemperatur des Heizmediums. Bei Erreichen der Minimaltemperatur soll die Drehzahl der Pumpe erniedrigt werden. Eine Abhängigkeit der Pumpendrehzahl von der Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur ist nicht gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art den Wirkungsgrad durch Absenken der Rücklauftemperatur zu verbessern. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Leistung des Heizkessels in Abhängigkeit von der Vorlauf- Solltemperatur gesteuert wird und daß die Drehzahl der Pumpe so gesteuert wird, daß sich eine weitgehend konstante Differenz zwischen der Vorlauf-Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur einstellt.

Durch die an sich bekannte Leistungssteuerung des Heizkessels ergibt sich ein ohnehin hoher Wirkungsgrad. Dieser ist durch die Drehzahlsteuerung der Pumpe weiter verbessert. Die Drehzahlsteuerung der Pumpe führt in einem weiten Temperaturbereich der Heizungskurve zu einem zwangsweisen Absenken der Rücklauftemperatur gegenüber dem üblichen Fall ohne Pumpendrehzahlsteuerung.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Regelgerät vorgesehen ist, das sowohl die Brennstoffzufuhr zum Heizkessel als auch die Drehzahl der Pumpe steuert und an das Temperaturfühler für die Außentemperatur, die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur angeschlossen sind, daß das Regelgerät die Brennstoffzufuhr nach einer Heizkurve in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Vorlauf-Isttemperatur regelt und daß das Regelgerät die Drehzahl der Pumpe so regelt, daß sich zwischen der jeweiligen Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur eine im wesentlichen konstante Temperaturdifferenz einstellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Heizungsanlage schematisch und

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm.

Ein Gasheizkessel (1) weist einen Brenner (2) mit einem Gassteuerventil (3) sowie einen Wärmetauscher (4) auf. In einer Rücklaufleitung (5) liegt eine Pumpe (6). Die Rücklaufleitung (5) und eine Vorlaufleitung (7) sind in üblicher Weise an Raumheizkörper (8) angeschlossen. Ein 3-Wegeventil, über das die Vorlaufleitung an die Rücklaufleitung ankoppelbar ist, ist nicht vorgesehen.

An ein Regelgerät (9) sind das Gassteuerventil (3) und die Pumpe (5) angeschlossen. Mit dem Regelgerät (9) sind ein Vorlauftemperaturfühler (10) und ein Rücklauftemperaturfühler (11) verbunden. Außerdem wirkt auf das Regelgerät (10) ein Außentemperaturfühler (12). Im Regelgerät (10) ist eine Heizkurve gespeichert, die den anlagenspezifischen Zusammenhang zwischen der Außentemperatur (TA) und einer Vorlauf-Solltemperatur (TVS) darstellt.

Die Funktionsweise der Anlage wird anhand von Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 sind die sich durch die Erfindung einstellenden Temperatur-Kennlinien mit dem Index n und die sich nach dem Stand der Technik - ohne Drehzahlsteuerung - einstellenden Temperatur-Kennlinien mit dem Index a gekennzeichnet. In Fig. 2 sind über der Außentemperatur (TA) rechts die Heizungswassertemperaturen in °C und links die Jahresheizarbeit in % angegeben. Die Kurve der Jahresheizarbeit ist mit J bezeichnet. Es sind:
TVa die Vorlauf-Solltemperatur
TRa die Rücklauftemperatur
TKa die mittlere Kesseltemperatur
nach dem Stand der Technik. Entsprechend sind:
TVn die Vorlauf-Solltemperatur
TRn die Rücklauftemperatur
TKn die mittlere Kesseltemperatur
nach der Erfindung. TKa bzw. TKn ist eine Temperatur etwa in der Mitte des Wärmetauschers (4). Die Pumpendrehzahl zeigt die Kennlinie (D).

Die Sollwerte der Vorlauftemperatur (TVa bzw. TVn) sind entsprechend der Außentemperatur (TA) festgelegt und bilden im wesentlichen die Linie TVn bzw. TVa. In Abhängigkeit von der jeweiligen Soll-Vorlauftemperatur (TVa bzw. TVn) ergibt sich die mittlere Kesseltemperatur (TK). Diese liegt etwa in der Mitte zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur. Anstelle der mittleren Kesseltemperatur könnte auch eine Kessel- Spitzentemperatur berücksichtigt sein. Diese läge dann oberhalb der Vorlauftemperatur (TVn). Entsprechend der Vorlauf-Solltemperatur bzw. der mittleren Kesseltemperatur (TK) oder der Kessel-Spitzentemperatur wird die Leistung des Brenners (2) durch Steuerung der Gaszufuhr über das Gassteuerventil (3) vom Regelgerät (9) gesteuert, so daß sich die gewünschte Vorlauftemperatur bzw. die gewünschte mittlere Kesseltemperatur einstellt.

Das Regelgerät (9) erfaßt die Vorlauf-Isttemperatur und die Rücklauf-Isttemperatur, bildet deren Differenz und steuert die Pumpe (6) so, daß sich im Temperaturbereich zwischen -15°C und +5°C der Außentemperatur (TA) eine möglichst konstante Differenz (d) von etwa 20 K einstellt. Dies ist aus Fig. 2 durch den Parallelverlauf der Kennlinien (TVn und TRn) zwischen -15°C und +5°C der Außentemperatur ersichtlich. Der Vergleich mit den Kennlinien (TVa und TRa) zeigt, daß beim Stand der Technik die Differenz zwischen den Kennlinien (TVa und TRa) im genannten Außentemperaturbereich abnimmt und dort die Rücklauftemperatur (TRa) wesentlich höher ist als die Rücklauftemperatur (TRn) bei der Erfindung. Die konstante Temperaturdifferenz von 20 K entspricht dem Differenzwert, den die Temperaturlinien (TVa und TRa) bei der niedrigsten vorgesehenen Außentemperatur von -15°C haben.

Vergleicht man beispielsweise bei einer Wasser- Rücklauftemperatur von 40°C die Punkte a und n in ihrer Auswirkung auf die Jahresheizarbeit (J), dann ist ersichtlich, daß sich durch das Arbeiten im Punkt n gegenüber dem Punkt a eine Verbesserung g der Jahresheizarbeit (J) um etwa 15% ergibt.

Unterhalb einer Rücklauftemperatur von 25°C, im Beispielsfall entsprechend oberhalb einer Außentemperatur von beispielsweise +5°C erscheint das Aufrechterhalten der bis dahin im wesentlichen konstanten Temperaturdifferenz nicht mehr sinnvoll. Dieser Grenzwert läßt sich am Regelgerät (9) festlegen. Unterhalb 25°C Rücklauftemperatur bzw. oberhalb +5°C Außentemperatur, wird die Pumpendrehzahl (D) nicht weiter heruntergeregelt. Sie bleibt auf ihrem unteren Wert von 30% der maximalen Drehzahl im Betrieb. Die Vorlauftemperatur (TVn) und die Rücklauftemperatur (TRn) nähern sich dem Abschaltwert von 20°C Wassertemperatur.

Oberhalb der Wasser-Grenztemperatur von im Beispielsfall 25°C wird die Leistung des Brenners (2) mittels des Regelgeräts (9) über das Gassteuerventil (3) moduliert bzw. gleitend geregelt. Unterhalb dieses Grenzwertes erfolgt nur noch ein Ein- bzw. Ausschalten des Brenners (2). Dies erscheint sinnvoll, da die Grenztemperatur von 25°C etwa 25% der Maximalleistung des Brenners (2) entspricht und unter diesem Wert eine modulierende Regelung in der Praxis kaum erfolgversprechend ist.

Auch wenn einzelne Raumheizkörper (8) abgeschaltet werden, bleibt die gewünschte Absenkung der Rücklauftemperatur erhalten, so daß der Wirkungsgrad dadurch nicht beeinträchtigt wird. Wesentlich zur Verbesserung der Jahresheizarbeit trägt auch bei, daß bei Außentemperaturen unter +5°C mit einer gleitenden Regelung gearbeitet wird und die Ausschaltzeiten des Brenners während der Heizperiode also kurz sind.

Claims

1. Verfahren zum Steuern einer Raumheizungsanlage nach einer Heizungskurve, die den anlagenspezifischen Zusammenhang zwischen den Außentemperaturen und der Vorlauf-Solltemperatur darstellt, mit einem Heizkessel und einer Pumpe im Heizungskreis, deren Drehzahl in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Vorlauf- Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Heizkessels in Abhängigkeit von der Vorlauf-Solltemperatur gesteuert wird und daß die Drehzahl der Pumpe so gesteuert wird, daß sich eine weitgehend konstante Differenz zwischen der Vorlauf- Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitgehend konstante Differenz zwischen der Vorlauf-Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur auf einem Wert gehalten wird, der sich bei niedrigster Außentemperatur der Heizkurve auch ohne die Drehzahlsteuerung einstellt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weitgehend konstante Differenz zwischen der Vorlauf-Isttemperatur und der Rücklauf-Isttemperatur auf etwa 20 K eingestellt ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Pumpe nur oberhalb eines unteren Grenzwerts der Rücklauftemperatur so gesteuert wird, daß sich die im wesentlichen konstante Differenz zur Vorlauf- Isttemperatur einstellt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert der Rücklauftemperatur bei etwa 25°C liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe unterhalb des unteren Grenzwerts der Rücklauftemperatur mit konstanter Drehzahl läuft.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Pumpe im Drehzahlbereich zwischen 30% und 100% steuerbar ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkessel oberhalb des unteren Grenzwerts der Rücklauftemperatur gleitend geregelt wird und unterhalb des unteren Grenzwerts nur ein- bzw. ausgeschaltet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelgerät (9) vorgesehen ist, das sowohl die Brennstoffzufuhr (2, 3) zum Heizkessel als auch die Drehzahl der Pumpe (6) steuert und an das Temperaturfühler (12, 10, 11) für die Außentemperatur, die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur angeschlossen sind, daß das Regelgerät (9) die Brennstoffzufuhr nach einer Heizkurve in Abhängigkeit von der Außentemperatur und der Vorlauf- Isttemperatur regelt und daß das Regelgerät (9) die Drehzahl der Pumpe (6) so regelt, daß sich zwischen der jeweiligen Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur eine im wesentlichen konstante Temperaturdifferenz (d) einstellt.