DE69410585T2 - Steuerungssystem für Kessel - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Steuerungssysteme für Kessel, insbesondere Leichtgewichtsgaskessel, wie sie im allgemeinen in hausgebundenen Heizungssystemen verwendet werden, bei denen Wasser mittels einer Pumpe durch einen Kreislauf umgewälzt wird, der den Kessel und mehrere zwischen den vom und zum Kessel führenden Zulauf- und Rücklaufrohren verbundene Radiatoren einschließt.
• Die Nachfrage nach kompakteren und leichteren Kesseln hat zu Kesseln geführt, die mit Wärmetauschern gebaut sind, die ein hohes Wärmetransportvermögen in ihren Wasserzirkulationsrohren aufweisen. Um Geräusche in Wärmetauschern dieses Typs zu vermeiden, muß ein ausreichender Wasserfluß durch den Tauscher jederzeit gewährleistet sein, während der Brenner heizt.
• Eine bekannte Art von Kesselsteuerungen bestimmt die Raumtemperatur und schaltet den Kessel aus, wenn die erforderliche Temperatur erreicht ist. Bei dieser Anordnung gibt es keine Begrenzung des Wasserflusses durch den Kessel oder andere Teile des Zentralheizungssystems und dementsprechend keine Geräuschprobleme. Der Kessel ist üblicherweise mit einem festen Thermostat ausgestattet, um die Temperatur des heißen Wasserflusses aus dem Kessel zu begrenzen. Normalerweise wird diese Temperatur nicht erreicht, da die Raumtemperatursteuerung auf einem niedrigeren Level eingreift. Eine alternative Form einer Steuerungsanordnung erlaubt eine individuelle Steuerung der Raumtemperatur durch Verwendung von thermostatischen Radiatorventilen (TRVs). Diese Ventile steuern den Ausgang einzelner Radiatoren in Abhängigkeit der Raumtemperatur, indem sie den Wasserfluß durch den Radiator begrenzen. Diese Steuerungsanordnung liefert jedoch keine Rückkopplung an den Kessel, um einen niedrigeren Bedarf mitzuteilen. Wenn ein großer Teil der Radiatoren in dem Heizungssystem mit TRVs ausgerüstet ist, kann man eine Verringerung des Flusses durch das System und den Kessel bemerken, wenn der Heizbedarf befriedigt ist. Dies kann zu Geräuschen im Wärmetauscher des Kessels führen. Ein bekanntes Verfahren zur Lösung dieses Problems ist es, ein Bypassrohr zwischen den Zulauf- und Rücklaufrohren des Systems vorzusehen, um einen Pfad einzurichten, der es dem Wasser erlaubt, weiterhin durch den Kessel zu fließen, wenn die TRVs die Fließwege durch die Radiatoren geschlossen haben. Dies ist jedoch keine wirtschaftliche Lösung des Problems. Wenn auch das Bypassrohr einen angemessenen Fluß durch den Kessel und den Wärmetauscher aufrechterhält, so nimmt es einen großen Teil der Pumpenfördermenge auf. Diese Fördermenge steht dementsprechend dem Heizungssystem nicht mehr zur Verfügung. Das Bypassrohr führt ferner zu einer schnellen Umwälzung des Kessels ebenso wie zu einer unnötigen Verschwendung von Energie.
• Die vorliegende Erfindung zielt auf ein Steuerungssystem, geeignet für leichte, hausgebundene Kessel, das die Probleme des Standes der Technik vermeidet, und erfindungsgemäß wird hier ein Verfahren angegeben zum Steuern eines Kessels, mit einem Thermostatmittel zum Steuern einer maximalen Temperatur des Wassers, das den Kessel verläßt, wobei der Kessel abgeschaltet wird, wenn die maximale Temperatur erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatmittel nachgestellt wird, um die maximal Temperatur in Abhängigkeit von der Wassertemperatur innerhalb und der Durchflußrate des Wassers durch den Kessel zu verändern.
• Das bevorzugte Verfahren umfaßt die Schritte Messen der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser, das den Kessel verläßt, und dem Wasser, das in den Kessel zurückkommt, und Verändern der gesetzten maximalen Wassertemperatur des Thermostatmittels entsprechend der gemessenen Temperaturdifferenz. Aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser, das den Kessel verläßt und wieder zurückommt, und dem bekannten Leistungsvermögen des Kessels, ist es möglich, die Durchflußrate des durch den Kessel fließenden Wassers zu berechnen und dementsprechend zu bestimmen, wann durch den Wärmetauscher des Kessels wahrscheinlich Geräusche erzeugt werden. Da die Geräuschentwicklung ebenso von der Temperatur wie von der Wasserdurchflußrate abhängig ist, wird das Thermostatmittel zur Reduzierung der maximalen Wassertemperatur nachgestellt, wenn die Temperaturdifferenz darauf hindeutet, daß eine Geräuschentwicklung wahrscheinlich auftritt, und somit wird das Risiko von Geräuschentwicklungen vermieden.
• Die vorliegende Erfindung liefert außerdem einen Kessel mit einem Thermostatmittel zum Steuern einer maximalen Temperatur von Wasser, das den Kessel verläßt, und zum Abschalten des Kessels, wenn die maximale Temperatur erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren vorgesehen sind zum Erzeugen von Signalen, die für die Wassertemperatur innerhalb und die Durchflußrate durch den Kessel repräsentativ sind, und eine Steuereinheit, die mit den Sensoren und dem Thermostatmittel zum Abschalten des Kessels verbunden ist und die vorgesehen ist zum Nachstellen des Thermostatmittels, um die maximale Temperatur in Übereinstimmung mit den Signalen zu verändern.
• Um ein klares Verständnis der Erfindung zu erleichtern, wird nachfolgend eine ausführlichere Beschreibung unter Bezugnahme auf die nachfolgende Zeichnung gegeben, in der die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Zentralheizungssystems zeigt, einschließlich eines Kessels, der mit einem die Erfindung verkörpernden Steuerungssystem ausgerüstet ist.
• Der Gaskessel 1 ist seriell mit einer Mehrzahl von Raumheizkörpern oder Radiatoren 2 verbunden, die parallel zueinander zwischen den Wasserzulauf- und Rücklaufrohren des Zentralheizungskreislaufs angeordnet sind. Jeder Radiator ist mit einem thermostatischen Radiatorventil 3 ausgerüstet. Eine Pumpe 4 pumpt das Wasser im Kreislauf herum. Der Kessel 1 ist mit einem nachstellbaren Thermostat versehen, um die Ausgangstemperatur des Wassers zu begrenzen. Dieses Thermostat enthält einen Sensor 5, der zum Bestimmen der Ausgangstemperatur angeordnet ist. Der Sensor 5 liefert ein Signal an die Steuereinheit des Kessels, um den Brenner abzuschalten, wenn die gesetzte Temperatur des Wassers erreicht ist. Ein zusätzlicher Sensor 6 ist vorgesehen, um die Rücklauftemperatur zu bestimmen, d.h. die Temperatur des Wassers, das wieder in den Kessel eintritt, nachdem es im Kreislauf herumgeflossen ist. Die Signale der beiden Temperatursensoren 5 und 6 werden einem Steuergerät 7 zugeführt.
• Das Thermostat für den Ausgang des Kessels 1 wird typischerweise auf eine Temperatur von 82ºC gesetzt. Wenn das Zentralheizungssystem arbeitet, wird Wasser im System herum und durch die Radiatoren gepumpt. Wenn die erforderlichen Raumtemperaturen erreicht sind, schließen die TRVs und begrenzen den Lauf des Wassers durch den jeweiligen Radiator. Die Auslauf- und Rückkehrtemperaturen werden durch die Sensoren 5 und 6 überwacht. Der Unterschied zwischen den beiden Temperaturen und das bekannte Leistungsvermögen des Kessels werden zur Berechnung der Durchflußrate des Wassers durch das System verwendet. Die Temperaturdifferenz steigt, wenn die Durchflußrate abnimmt, weil weniger Wasser im Wärmetauscher aufgeheizt wird.
• Die Neigung, im Kessel Geräusche hervorzurufen, ist eine Funktion der Wassertemperatur im Kessel und der Durchflußrate des Wassers. Durch Überwachung der beiden Temperaturen kann man abschätzen, wann es wahrscheinlich ist, daß Geräusche erzeugt werden. Wenn die Temperatur und die Fließbedingungen derart sind, daß Geräusche wahrscheinlich auftreten, antwortet das Steuergerät 7 durch Nachstellen des Kesselthermostates, d.h. durch Absenken der Auslaßtemperatur, bei der der Brenner abgeschaltet wird. Die Reduzierung der Auslaßtemperatur kompensiert die niedrige Durchflußrate, so daß ein Kochen in den Rohren des Wärmetauschers nicht auftritt und Geräusche, die mit einem derartigen Kochen verbunden sind, vermieden werden.
• Es ist nachzuvollziehen, daß die Durchflußrate durch den Heizkreis begrenzt ist, wenn die TRVs geschlossen sind, d.h., wenn der Heizbedarf befriedigt ist. Dementsprechend hat eine Absenkung der Auslaßtemperatur des Kessels keine nachteilige Auswirkung auf die Effizienz des Heizungssystems.
• In einer speziellen Ausführung kann das Steuersystem eingerichtet sein, die Auslaßtemperatureinstellung des Kessels abzusenken, wenn die Durchflußrate auf einen solchen Wert abgesenkt ist, daß die Temperaturdifferenz 15ºC übersteigt und die Auslaßtemperatur schrittweise näherungsweise 5ºC abzusenken für jeden 2,5ºC-Anstieg in der Temperaturdifferenz. Es ist nachzuvollziehen, daß in anderen Systemen andere Werte geeignet sind, bspw. in Abhängigkeit der spezifischen Eigenschaften des verwendeten Wärmetauschers.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines Kessels, mit einem Thermostatmittel zum Steuern einer maximalen Temperatur von Wasser, das den Kessel verläßt, wobei der Kessel abgeschaltet wird, wenn die maximale Temperatur erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermostatmittel nachgestellt wird, um die maximale Temperatur in Abhängigkeit von der Wassertemperatur innerhalb und der Durchflußrate des Wassers durch den Kessel zu verändern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Temperaturunterschied zwischen dem Wasser, das den Kessel verläßt, und dem Wasser, das in den Kessel hineinkommt, bestimmt wird, um ein Signal zu erzeugen, das für die Durchflußrate repräsentativ ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Temperaturen des Wassers, das den Kessel verläßt und das hineinkommt, mit jeweiligen Sensoren bestimmt werden und bei dem das Thermostatmittel in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren nachgestellt wird.

4. Kessel (1) mit einem Thermostatmittel zum Steuern einer maximalen Temperatur von Wasser, das den Kessel verläßt, und zum Abschalten des Kessels, wenn die maximale Temperatur erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (5- 6) vorgesehen sind zum Erzeugen von Signalen, die für die Wassertemperatur innerhalb und die Durchflußrate durch den Kessel repräsentativ sind, und eine Steuereinheit (7), die mit den Sensoren (5-6) und dem Thermostatmittel zum Abschalten des Kessels verbunden ist und die vorgesehen ist zum Nachstellen des Thermostatmittels, um die maximale Temperatur in Übereinstimmung mit den Signalen zu verändern.

5. Kessel (1) nach Anspruch 4, bei dem jeweilige Sensoren (5- 6) vorgesehen sind zur Bestimmung der Temperatur des Wassers, das in den Kessel hineinkommt, und der Temperatur des Wassers, das den Kessel verläßt.

6. Kessel (1) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Thermostatmittel einen Gasbrenner des Kessels steuert, um die maximale Temperatur zu steuern.

7. Zentralheizungssystem mit einer Mehrzahl von Raumheizkörpern (2), die zwischen Zulauf- und Rücklaufrohren parallel verbunden sind, Thermostatventilen (3) zum Steuern des Flusses durch die jeweiligen Raumheizkörper und einem Kessel (1) gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, der zwischen den Zulauf- und Rücklaufrohren verbunden ist.