EP1403588B1 - Heizungsanlage für ein Gebäude - Google Patents

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EP1403588B1
EP1403588B1 EP03018274A EP03018274A EP1403588B1 EP 1403588 B1 EP1403588 B1 EP 1403588B1 EP 03018274 A EP03018274 A EP 03018274A EP 03018274 A EP03018274 A EP 03018274A EP 1403588 B1 EP1403588 B1 EP 1403588B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
burner
building
heat
pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP03018274A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1403588A2 (de
EP1403588A3 (de
Inventor
Bernulf Goesling
Stephan Leuthner
Kilian Kriener
Pedro Da Silva
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1403588A2 publication Critical patent/EP1403588A2/de
Publication of EP1403588A3 publication Critical patent/EP1403588A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1403588B1 publication Critical patent/EP1403588B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/215—Temperature of the water before heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/212—Temperature of the water
    • F24H15/219—Temperature of the water after heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/36—Control of heat-generating means in heaters of burners

Definitions

  • the present invention relates to a heating system for a building, in particular a central heating system.
  • a heating system usually comprises a heating device with a burner and with a heating block heated by the burner for dissipating heat to a heating fluid of a heating circuit running in the building.
  • This heating block is usually formed by a heat exchanger, which receives the entrained in the hot combustion gases produced by the burner heat and transfers to the heating fluid, for which the heating circuit is passed through the heat exchanger or the heating block or at least coupled to heat transfer this.
  • the heating circuit includes pipes and arranged in rooms of the building radiator and / or wall and / or floor heating.
  • the heating system also includes a pump for driving the heating fluid in the heating circuit and a control and / or regulating device, by means of which the pump and / or the burner are operated in dependence of predetermined parameters.
  • Such heating systems are known, for example, from GB 1 022 631, DE 4 221 715 A1 or US Pat. No. 4,921,163.
  • the burner can be operated, for example, depending on a building interior temperature. A deviation an actual value of the internal building temperature of a desired setpoint results in a heating power requirement of the building. Once the desired set point has been reached, the burner and pump can be switched off.
  • the burner is operated as a function of the outside temperature.
  • a suitable flow temperature for the heating circuit is determined with the outside temperature from a so-called heating curve, ie the temperature in the heating fluid at the outlet of the heating block.
  • a heating requirement of the building is present when the actual value of the flow temperature is below the setpoint dependent on the current outside temperature.
  • the pump is usually not turned off to be able to measure meaningful flow temperatures.
  • the burner In the event that the burner's minimum adjustable heating output exceeds the building's current heating requirement, the burner is switched off. When the burner is restarted, it passes through a predetermined starting procedure, which is to ensure that the burner reaches a stable operating state. During this start procedure, compared to normal operation, there are increased emission values and increased fuel consumption. Furthermore, each starting process means increased wear for the components of the burner involved.
  • the heating system according to the invention according to the subject of the independent claim, in contrast, has the Advantage that fewer starts for the burner are required.
  • the invention is based on the general idea of considering the heat content currently present in the heating circuit and / or in the heating block and / or in the building, that is to say the amount of heat stored there, during the actuation of the pump or of the burner.
  • the heat stored in the heating system can be better utilized for the heating of the building, so that the number of starts for the burner can be reduced. For example, premature starting of the burner can be avoided by taking into account the amount of heat remaining in the heating circuit or in the heating block.
  • the burner startup may be expedient to make the burner startup dependent on a speed at which the heating block delivers its heat to the heating liquid to reach a predetermined threshold value.
  • a speed at which the heating block delivers its heat to the heating liquid to reach a predetermined threshold value is conceivable, which correspondingly leads to three burner start delay times: Short, Medium, Long. This measure can also be to avoid unnecessary burner starts.
  • FIG. 1 shows a much simplified schematic diagram of a heating system according to the invention.
  • a heating system 1 comprises a heating circuit 2, which is laid in a building, not shown here.
  • This heating circuit 2 comprises in a conventional manner heating cables and radiators and / or floor and / or wall heating devices.
  • the heating system 1 therefore serves to heat a building and is usually also used to heat water for the building.
  • the heating system 1 has a heating device 3, which includes, inter alia, a burner 4 and a heating block 5.
  • a heating device 3 which includes, inter alia, a burner 4 and a heating block 5.
  • This heating block 5 serves as a heat exchanger and is therefore connected to the heating circuit 2 and flows through it.
  • the heat generated by the burner 4 thus passes from the combustion exhaust gases via the heating block 5 in a heating fluid which circulates in the heating circuit 2.
  • the heating block 5 is connected via an inlet 6 with a return 7 of the heating circuit 2 and connected via an outlet 8 to a flow 9 of the heating circuit 2.
  • a pump 10 is arranged, which serves to drive the heating fluid in the heating circuit 2.
  • a control and / or regulating device 11 is provided which actuates the burner 4 and the pump 10.
  • the control and / or regulating device 11 is also connected to a return temperature sensor 12 and to a flow temperature sensor 13.
  • the control and / or regulating device 11 can receive signals via a signal line 14 which correlate with a heating power requirement of the building or from which the control and / or regulating device 11 determines a heating power requirement of the building.
  • the outside temperature can be supplied via the signal line 14, with the aid of which a weather-compensated flow temperature control can be carried out.
  • a building interior temperature ie one or more room temperatures, are supplied, with the help of a room air temperature-controlled capacity control of the heating system 1 can be realized.
  • control and / or regulating device 11 is designed such that a control and / or regulation of the heating installation 1 or a method for operating the heating installation 1 comprises one or more of the following embodiments:
  • the current warm content of the heating circuit 2 and / or the heating block 5 and / or the building should be taken into account when operating the pump 10 and / or during the operation of the burner 4.
  • the heat content of the heating block 5 can be determined for example by a difference between the return temperature 12 and flow temperature 13 in conjunction with the funded by the pump 10 volume flow.
  • Flow temperature and return temperature are the control and / or regulating device 11 by the corresponding sensors 12,13 available.
  • the flow rate of the pump 10, the control and / or regulating device 11 can determine from a tripodsignäl that correlates with the pump performance.
  • This power signal can be formed, for example, by the current power consumption of the pump 10.
  • the control and / or regulating device 11 will reduce the pump power and / or the burner output with decreasing heating power requirement of the building more and more, until the pump 10, the minimum adjustable Delivering capacity and the burner 4 provides the minimum adjustable heating capacity. If, even in this operating state, the heat generated by the heating system 1 is greater than the current heating power requirement of the building, the burner 4 is switched off. In order to use after turning off the burner 4, the residual heat remaining in the heating block 5 for heating the building, the pump 10 is further operated after switching off the burner 4 in a so-called caster.
  • This trailing pump operation is maintained until the heat transfer from the heating block 5 to the heating fluid reaches a predetermined threshold, which is expediently at about zero. Accordingly, the pump 10 is switched off only when the heating block 5 can no longer transfer heat to the heating fluid. Suitably, this state is recognized by the control and / or regulating device 11 in that a difference between return temperature and flow temperature reaches a predetermined value, which is preferably zero. In addition, the pump 10 can be switched off immediately, if it is determined via a corresponding query that the return temperature is greater than the flow temperature. By the wake of the pump 10 results in a better utilization of the heat generated by the burner 4, with the result that a restart of the burner 4 can be delayed accordingly.
  • a corresponding heating power requirement of the building must first be available.
  • the pump 10 is started in order to be able to determine the heat content of the heating block 5 as long as the heat transfer of the heating block 5 to the heating fluid is above a predetermined threshold value remains in a preferred embodiment of the invention is still no start of the burner 4. Only when the heat transfer to the heating circuit 2 is so small that it reaches said threshold, the burner 4 is started. This measure also leads to avoid unnecessary burner starts.
  • the aforementioned switch-off conditions for the pump 10 and switch-on conditions for the burner 4 are particularly suitable for a heating system 1 whose control and / or regulating device 11 actuates the burner 4 and the pump 10 as a function of a building internal temperature.
  • the reference variable for this regulation is the building's internal temperature, which also forms the target of this regulation.
  • control and / or regulating strategies described below are particularly suitable for those heating systems 1 whose control and / or regulating device 11 actuates at least the burner 4 and possibly also the pump 10 as a function of the outside temperature.
  • the reference variable of this control is thus the outside temperature
  • the target variable of the control is the flow temperature whose setpoint is determined as a function of the outside temperature.
  • This control and / or regulating strategy can already activate or deactivate the heating device 3 at a time when a changed outside temperature has not yet caused a change in the internal temperature of the building, resulting in increased comfort.
  • the burner 4 When the burner 4 is switched off, in the presence of a corresponding heating power requirement of the building, it can also be checked here whether the heat transfer from the heating block 5 to the heating circuit 2 reaches a specific threshold value. This also ensures that any residual heat contained in the heating block 5 can still be used to heat the building.
  • a speed with which the heating block 5 gives off its heat to the heating fluid 2 reaches a predetermined threshold value can be determined by this query, if the heating block 5 gives its heat relatively quickly to the heating circuit 2, with the result that the burner 4 can be started relatively quickly. In contrast, a relatively slow heat release rate at the heating block 5 would cause the burner 4 is started relatively late. By means of these measures, the number of starting operations for the burner 4 can likewise be reduced.
  • the rate of heat dissipation of the heating block 5 to the heating fluid may e.g. be determined that the control and regulating device 11 determines the time course of the temperature difference between the flow 9 and return 7, also referred to as the temperature spread, wherein also the current volume flow of the heating fluid should be considered.
  • control and regulating device 11 may have a suitable data storage in which the time profile of the heat release rate at the heating block 5 is stored for a variety of cooling processes. This makes it possible to statistically evaluate the stored gradients in order to better assess the current behavior of the heating system 1 can.
  • the aforementioned threshold for the Heat release rate at which the burner 4 is to be started to determine based on these records or by statistical evaluation. It is likewise possible to adapt this threshold value if the heat release rate changes depending on the season and / or the service life, for example due to aging phenomena of the heating installation 1.
  • the pump 10 For a heating system 1, in which the burner 4 is actuated as a function of the outside temperature, it is unusual to turn off the pump 10, since then the actual value of the controlled variable, namely the current flow temperature, no longer correlated with the temperature conditions in the building.
  • the pump 10 it is proposed for a further development, the pump 10 to be designed so that they can be operated on the one hand in a nominal operating condition with nominal flow rate and on the other hand in a pause mode with reduced flow rate. After switching off the burner 4 is then switching the pump 10 from its nominal operating condition in the pause mode, as soon as the heat transfer from the heating block 5 to the heating fluid reaches a predetermined threshold.
  • the threshold value zero is also used, in which therefore the heating block 5 transmits substantially no more heat to the heating fluid.
  • the energy saving potential can be further increased by the fact that the pause operation state of the pump 10 is characterized by an intermittent operation in which the pump 10 is alternately turned on and off at predetermined intervals. In this way, on the one hand results in a reduced flow rate, while on the other hand can be ensured that a representative actual value for the flow temperature can be measured.
  • the intervals in which the pump 10 is active are selected so that at least a complete circulation of the heating fluid in the heating circuit 2 can take place.
  • variable turn-on times and / or turn-off times which can be selected as a function of the heat balance in the building or in the heating system 1.
  • the heat release rate at the heating block 5 can be monitored. For the pause mode of operation of the pump 10, this can be exploited to the effect that the switch-on times and / or switch-off times of the pump 10 are selected as a function of this heat release rate.
  • a relatively low heat release rate leads to the assumption that the flow temperature can only change significantly after a longer period of time, so that the switch-off times can be selected to be correspondingly large.
  • a relatively high heat release rate leads to relatively short turn-off times, which in extreme cases can also assume the value zero.
  • the switching on of the burner 4 or the switching on of the pump 10 is inter alia made dependent on the heat output transferred from the heating block 5 to the heating circuit 2 reaching a respectively specific threshold value.
  • the monitoring of this threshold value can take place, for example, by monitoring only a difference between the flow temperature and the return temperature. Once this difference reaches a predetermined value, e.g. Zero reached, it is assumed in this simplified embodiment that the heat transfer from the heating block 5 to the heating circuit 2 has reached the respectively preset threshold value.
  • the emphasis is on the consideration of the heat content of the heating block 5 after switching off the burner 4.
  • the focus is on the consideration of the heat content of the heating circuit 2 and / or the building or in the heat transfer from the heating circuit 2 to the building.
  • the heat content of the heating block 5 can also be taken into account.
  • the usual criterion for switching off the burner 4 is when at minimum adjustable heat output of the burner 4 and - if possible - at minimum adjustable flow rate of the pump 10, the heat transferred from the heating circuit 2 in the building reaches or exceeds the current heating power requirement of the building ,
  • the burner 4 is switched on again after a shutdown only when the heat transfer from the heating circuit 2 reaches the building a predetermined threshold.
  • This transmitted heat output can be relatively easily checked by taking into account the volume flow delivered by the pump 10, the difference between the flow temperature and the return temperature is determined. With a suitable selection of the threshold value for the transmitted heat output, the start of the burner 4 can be delayed when the heating power requirement of the building is applied, as a result of which the total number of burner starts can be reduced.
  • said heat transfer threshold is selected so that when the burner 4 is started, the heat output transferred from the heating circuit 2 to the building does not reach the currently applied heating power demand of the building during the entire duration of a predetermined start procedure of the burner 4. This measure has the consequence that the burner 4 during the startup procedure is not expected to be switched off again, because the heat output transferred from the heating circuit 2 to the building reaches or exceeds the heating requirement of the building.
  • This particular embodiment is of particular interest because it can avoid multiple repetition and cancellation of start-up processes, which on the one hand represent a high component stress and on the other hand have unfavorable emission and consumption values.
  • the heat content of the heating circuit 2, including the heating block 5, also be evaluated to the aforementioned threshold for Turning on the burner 4 to be selected so that during the startup procedure of the burner 4, a predetermined or maximum allowable flow temperature is not reached.
  • the control and / or regulating device 11 defines a desired value for the flow temperature in dependence on the outside temperature, this development is advantageous. Because of the aforementioned switch-on condition, it is achieved that the measured actual values for the flow temperature during the predetermined starting procedure of the burner 4 do not reach the predetermined desired value. A shutdown during the startup procedure can be avoided.
  • the background of the measures indicated is essentially the avoidance of unnecessary start-ups for the burner 4 and, overall, the reduction in the number of starts per unit of time. Accordingly, the life of the heating system 1 can be increased. Furthermore, shortened operating times of the pump save 10 power.

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Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizungsanlage für ein Gebäude, insbesondere eine Gebäudezentralheizung. Eine derartige Heizungsanlage umfasst üblicherweise eine Heizeinrichtung mit einem Brenner und mit einem vom Brenner beheizten Heizblock zur Wärmeabgabe an eine Heizflüssigkeit eines im Gebäude verlaufenden Heizkreises. Dieser Heizblock ist üblicherweise durch einen Wärmeübertrager gebildet, der die in vom Brenner erzeugten heißen Verbrennungsabgasen mitgeführte Wärme aufnimmt und auf die Heizflüssigkeit überträgt, wozu der Heizkreis durch den Wärmeübertrager bzw. den Heizblock hindurchgeführt ist oder zumindest mit diesem wärmeübertragend gekoppelt ist. Der Heizkreis umfasst Leitungen sowie in Räumen des Gebäudes angeordnete Heizkörper und/oder Wand- und/oder Fußbodenheizungen. Die Heizungsanlage umfasst außerdem eine Pumpe zum Antrieb der Heizflüssigkeit im Heizkreis sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, mit deren Hilfe die Pumpe und/oder der Brenner in Abhängigkeit vorbestimmter Parameter betätigt werden.
  • Derartige Heizungsanlagen sind beispielsweise aus der GB 1 022 631, der DE 4 221 715 A1 oder der US 4 921 163 bekannt.
  • Der Brenner kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Gebäudeinnentemperatur betätigt werden. Eine Abweichung eines Istwerts der Gebäudeinnentemperatur von einem gewünschten Sollwert ergibt dabei eine Heizleistungsanforderung des Gebäudes. Sobald der gewünschte Sollwert erreicht ist, können Brenner und Pumpe ausgeschaltet werden.
  • Bei anderen Heizungsanlagen erfolgt die Betätigung des Brenners in Abhängigkeit der Außentemperatur. Dabei wird mit der Außentemperatur aus einer sogenannten Heizungskurve eine geeignete Vorlauftemperatur für den Heizkreis ermittelt, also die Temperatur in der Heizflüssigkeit am Austritt des Heizblocks. Eine Heizleistungsanforderung des Gebäudes liegt dann vor, wenn der Istwert der Vorlauftemperatur unterhalb des von der aktuellen Außentemperatur abhängenden Sollwerts liegt. Bei einem derartigen Regelungsprinzip wird die Pumpe üblicherweise nicht ausgeschaltet, um aussagekräftige Vorlauftemperaturen messen zu können.
  • Für den Fall, dass die minimal einstellbare Heizleistung des Brenners den aktuellen Heizleistungsbedarf des Gebäudes übersteigt, wird der Brenner ausgeschaltet. Beim erneuten Starten des Brenners durchläuft dieser eine vorbestimmte Startprozedur, die sicherstellen soll, dass der Brenner einen stabilen Betriebszustand erreicht. Während dieser Startprozedur liegen gegenüber dem Normalbetrieb erhöhte Emissionswerte sowie ein erhöhter Brennstoffverbrauch vor. Des Weiteren bedeutet jeder Startvorgang einen erhöhten Verschleiß für die daran beteiligten Komponenten des Brenners.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Heizungsanlage entsprechend dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs, hat demgegenüber den Vorteil, dass weniger Startvorgänge für den Brenner erforderlich sind. Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den im Heizkreis und/oder im Heizblock und/oder im Gebäude aktuell vorhandenen Wärmeinhalt, also die dort gespeicherte Wärmemenge, bei der Betätigung der Pumpe bzw. des Brenners zu berücksichtigen. Hierdurch kann die in der Heizungsanlage gespeicherte Wärme besser für die Erwärmung des Gebäudes ausgenutzt werden, so dass die Anzahl der Startvorgänge für den Brenner gesenkt werden kann. Beispielsweise kann durch die Berücksichtigung der im Heizkreis bzw. im Heizblock verbleibenden Wärmemenge ein verfrühtes Starten des Brenners vermieden werden.
  • Von zentraler Bedeutung ist hierbei die Erkenntnis, dass mit Hilfe der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf in Verbindung mit dem von der Pumpe geförderten Volumenstrom der Wärmeinhalt des Heizblocks, die Wärmeabgabe des Heizblocks an den Heizkreis sowie die Wärmeabgabe des Heizkreises an das Gebäude ermittelbar sind.
  • Bei einer Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, den Brennerstart davon abhängig zu machen, dass eine Geschwindigkeit, mit welcher der Heizblock seine Wärme an die Heizflüssigkeit abgibt, einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Zweckmäßig wird dann der Brenner um so früher gestartet, je größer die Wärmeabgabegeschwindigkeit am Heizblock ist. Beispielsweise ist eine Klassifizierung der Wärmeabgabegeschwindigkeit in die Kategorien Niedrig, Mittel, Hoch denkbar, die in entsprechender Weise zu drei Verzögerungszeiten für das Starten des Brenners führen: Kurz, Mittel, Lang. Auch diese Maßnahme kann dazu betragen, unnötige Brennerstartvorgänge zu vermeiden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Heizungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Heizungsanlage ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
  • Die einzige Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage nach der Erfindung.
    • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Heizungsanlage 1 nach der Erfindung einen Heizkreis 2, der in einem hier nicht dargestellten Gebäude verlegt ist. Dieser Heizkreis 2 umfasst in üblicher Weise Heizleitungen und Heizkörper und/oder Fußboden- und/oder Wandheizungseinrichtungen. Die Heizungsanlage 1 dient daher zur Beheizung eines Gebäudes und wird üblicherweise auch zur Warmwasserbereitung für das Gebäude genutzt. Die Heizungsanlage 1 weist eine Heizeinrichtung 3 auf, die unter anderem einen Brenner 4 sowie einen Heizblock 5 umfasst. Im Brenner 4 werden durch die Verbrennung eines Brennstoffs heiße Verbrennungsabgase erzeugt, mit denen der Heizblock 5 beaufschlagt wird. Dieser Heizblock 5 dient als Wärmeübertrager und ist daher an den Heizkreis 2 angeschlossen bzw. von diesem durchströmt. Die vom Brenner 4 erzeugte Wärme gelangt somit von den Verbrennungsabgasen über den Heizblock 5 in eine Heizflüssigkeit, die im Heizkreis 2 zirkuliert. Zu diesem Zweck ist der Heizblock 5 über einen Eintritt 6 mit einem Rücklauf 7 des Heizkreises 2 verbunden und über einen Austritt 8 an einen Vorlauf 9 des Heizkreises 2 angeschlossen.
  • Im Heizkreis 2, insbesondere im Rücklauf 7, hier sogar innerhalb der Heizeinrichtung 3, ist eine Pumpe 10 angeordnet, die zum Antrieb der Heizflüssigkeit im Heizkreis 2 dient. Des Weiteren ist eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 vorgesehen, die den Brenner 4 und die Pumpe 10 betätigt. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 ist außerdem an einen Rücklauftemperatursensor 12 sowie an einen Vorlauftemperatursensor 13 angeschlossen. Des Weiteren kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 über eine Signalleitung 14 Signale erhalten, die mit einer Heizleistungsanforderung des Gebäudes korrelieren oder aus denen die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 eine Heizleistungsanforderung des Gebäudes ermittelt. Beispielsweise können über die Signalleitung 14 die Außentemperatur zugeführt werden, mit deren Hilfe eine witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung durchführbar ist. Ebenso kann über die Signalleitung 14 eine Gebäudeinnentemperatur, also eine oder mehrere Raumtemperaturen, zugeführt werden, mit deren Hilfe eine raumlufttemperaturgeführte Leistungsregelung der Heizungsanlage 1 realisierbar ist.
  • Die erfindungsgemäße Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 ist so ausgestaltet, dass eine Steuerung und/oder Regelung der Heizungsanlage 1 bzw. ein Verfahren zum Betreiben der Heizungsanlage 1 eine oder mehrere der folgenden Ausführungsformen umfasst:
  • Erfindungsgemäß soll bei der Betätigung der Pumpe 10 und/oder bei der Betätigung des Brenners 4 der aktuelle Warmeinhalt des Heizkreises 2 und/oder des Heizblocks 5 und/oder des Gebäudes berücksichtigt werden.
  • Zu diesem Zweck kann der Wärmeinhalt des Heizblocks 5 beispielsweise durch eine Differenz zwischen Rücklauftemperatur 12 und Vorlauftemperatur 13 in Verbindung mit dem von der Pumpe 10 geförderten Volumenstrom ermittelt werden. Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur stehen der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 durch die entsprechenden Sensoren 12,13 zur Verfügung. Den Volumenstrom der Pumpe 10 kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 aus einem Leistungssignäl ermitteln, das mit der Pumpenleistung korreliert. Dieses Leistungssignal kann beispielsweise durch die aktuelle Leistungsaufnahme der Pumpe 10 gebildet sein.
  • Während der gegebenenfalls auftretende Temperaturanstieg zwischen Rücklauf 7 und Vorlauf 9 bei der Durchströmung des Heizblocks 5 ein Signal für den Wärmeinhalt des Heizblocks 5 liefert, kann aus der Temperaturabnahme zwischen Vorlauf 9 und Rücklauf 7 die bei der Durchströmung des Heizkreises 2 stattfindende Übertragung von Wärmeleistung vom Heizkreis 2 auf das Gebäude und somit der Wärmeinhalt des Heizkreises 2 ermittelt werden. Indirekt kann aus diesen Werten auch der aktuelle Wärmeinhalt des Gebäudes bestimmt werden.
  • Sofern der Brenner 4 und die Pumpe 10 hinsichtlich Heizleistung bzw. Förderleistung steuerbar sind, wird die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 die Pumpenleistung und/oder die Brennerleistung mit abnehmender Heizleistungsanforderung des Gebäudes mehr und mehr reduzieren, bis die Pumpe 10 die minimal einstellbare Förderleistung liefert und der Brenner 4 die minimal einstellbare Heizleistung erbringt. Wenn auch in diesem Betriebszustand die von der Heizungsanlage 1 erzeugte Wärme größer ist als die aktuelle Heizleistungsanforderung des Gebäudes, wird der Brenner 4 ausgeschaltet. Um nach dem Ausschalten des Brenners 4 die im Heizblock 5 verbleibende Restwärme zum Beheizen des Gebäudes nutzen zu können, wird die Pumpe 10 nach dem Abschalten des Brenners 4 weiter in einem sogenannten Nachlauf betrieben. Dieser nachlaufende Pumpenbetrieb wird solange aufrechterhalten, bis die Wärmeübertragung vom Heizblock 5 auf die Heizflüssigkeit einen vorbestimmten Schwellwert erreicht, der zweckmäßig etwa bei Null liegt. Die Pumpe 10 wird demnach erst dann ausgeschaltet, wenn der Heizblock 5 keine Wärme mehr an die Heizflüssigkeit übertragen kann. Zweckmäßig wird dieser Zustand von der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 dadurch erkannt, dass eine Differenz zwischen Rücklauftemperatur und Vorlauftemperatur einen vorbestimmten Wert erreicht, der vorzugsweise Null ist. Darüber hinaus kann die Pumpe 10 auch dann sofort abgeschaltet werden, wenn über eine entsprechende Abfrage festgestellt wird, dass die Rücklauftemperatur größer ist als die Vorlauftemperatur. Durch den Nachlauf der Pumpe 10 ergibt sich eine bessere Ausnutzung der vom Brenner 4 erzeugten Wärme, mit der Folge, dass ein erneutes Starten des Brenners 4 entsprechend hinausgezögert werden kann.
  • Damit der Brenner 4 und die Pumpe 10 erneut gestartet werden, muss zunächst eine entsprechende Heizleistungsanforderung des Gebäudes vorliegen. Sobald eine hinreichende Heizleistungsanforderung vorliegt, wird erfindungsgemäß zunächst nur die Pumpe 10 gestartet, um den Wärmeinhalt des Heizblocks 5 ermitteln zu können, solange die Wärmeübertragung des Heizblocks 5 auf die Heizflüssigkeit oberhalb eines vorbestimmten Schwellwerts bleibt, erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch kein Start des Brenners 4. Erst wenn die Wärmeübertragung auf den Heizkreis 2 so klein ist, dass diese den genannten Schwellwert erreicht, wird der Brenner 4 gestartet. Auch diese Maßnahme führt dazu, unnötige Brennerstarts zu vermeiden.
  • Die vorgenannten Abschaltbedingungen für die Pumpe 10 und Einschaltbedingungen für den Brenner 4 eignen sich in besonderer Weise für eine Heizungsanlage 1, deren Steuer-und/oder Regeleinrichtung 11 den Brenner 4 und die Pumpe 10 in Abhängigkeit einer Gebäudeinnentemperatur betätigt. Führungsgröße dieser Regelung ist dabei die Gebäudeinnentemperatur, die gleichzeitig die Zielgröße dieser Regelung bildet.
  • Die im folgenden beschriebenden Steuer- und/oder Regelstrategien sind insbesondere für solche Heizungsanlagen 1 geeignet, deren Steuer- und/oder Regeleinrichtung 11 zumindest den Brenner 4 und gegebenenfalls auch die Pumpe 10 in Abhängigkeit der Außentemperatur betätigt. Führungsgröße dieser Regelung ist somit die Außentemperatur, während die Zielgröße der Regelung die Vorlauftemperatur ist, deren Sollwert in Abhängigkeit der Außentemperatur bestimmt wird. Diese Steuer- und/oder Regelstrategie kann bereits zu einem Zeitpunkt die Heizeinrichtung 3 aktivieren bzw. deaktivieren, zu dem eine geänderte Außentemperatur noch keine Änderung der Innentemperatur des Gebäudes bewirkt hat, wodurch sich ein erhöhter Komfort ergibt.
  • Bei abgeschaltetem Brenner 4 kann beim Vorliegen einer entsprechenden Heizleistungsanforderung des Gebäudes zunächst auch hier überprüft werden, ob die Wärmeübertragung vom Heizblock 5 auf den Heizkreis 2 einen bestimmten Schwellwert erreicht. Auch hierdurch wird sichergestellt, dass die gegebenenfalls im Heizblock 5 enthaltene Restwärme noch zum Erwärmen des Gebäudes genutzt werden kann.
  • Zusätzlich oder alternativ kann als Startbedingung für den Brenner 4 auch vorgesehen sein, dass eine Geschwindigkeit, mit welcher der Heizblock 5 seine Wärme an die Heizflüssigkeit 2 abgibt, einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Beispielsweise kann durch diese Abfrage festgestellt werden, ob der Heizblock 5 seine Wärme relativ schnell an den Heizkreis 2 abgibt, mit der Folge, dass der Brenner 4 relativ rasch gestartet werden kann. Im Unterschied dazu würde eine relativ langsame Wärmeabgabegeschwindigkeit am Heizblock 5 dazu führen, dass der Brenner 4 erst vergleichsweise spät gestartet wird. Durch diese Maßnahmen kann ebenfalls die Anzahl der Startvorgänge für den Brenner 4 reduziert werden.
  • Zu diesem Zweck kann die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe des Heizblocks 5 an die Heizflüssigkeit z.B. dadurch bestimmt werden, dass die Steuer- und Regeleinrichtung 11 den zeitlichen Verlauf der auch als Temperaturspreizung bezeichneten Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf 9 und Rücklauf 7 ermittelt, wobei außerdem der aktuelle Volumenstrom der Heizflüssigkeit berücksichtigt werden sollte.
  • Bei einer besonderen Weiterbildung kann die Steuer- und Regeleinrichtung 11 über einen geeigneten Datenspeicher verfügen, in dem der zeitliche Verlauf der Wärmeabgabegeschwindigkeit beim Heizblock 5 für eine Vielzahl von Abkühlvorgängen gespeichert wird. Hierdurch ist es möglich, die gespeicherten Verläufe statistisch auszuwerten, um das aktuelle Verhalten der Heizungsanlage 1 besser beurteilen zu können. Insbesondere ist es dadurch möglich, den vorgenannten Schwellwert für die Wärmeabgabegeschwindigkeit, bei dem der Brenner 4 gestartet werden soll, anhand dieser Aufzeichnungen bzw. mittels statistischer Auswertung zu ermitteln. Ebenso ist es möglich, diesen Schwellwert zu adaptieren, wenn sich die Wärmeabgabegeschwindigkeit in Abhängigkeit der Jahreszeit und/oder der Lebensdauer z.B. aufgrund von Alterungserscheinungen der Heizungsanlage 1 verändert.
  • Für eine Heizungsanlage 1, bei welcher der Brenner 4 in Abhängigkeit der Außentemperatur betätigt wird, ist es unüblich, die Pumpe 10 auszuschalten, da dann der Istwert der Regelgröße, nämlich die aktuell vorliegende Vorlauftemperatur, nicht mehr mit den Temperaturverhältnissen im Gebäude korreliert. Um dennoch bei für Heizzwecke nicht benötigter Pumpe 10 Energie sparen zu können, wird für eine Weiterbildung vorgeschlagen, die Pumpe 10 so zu gestalten, dass sie einerseits in einem Nennbetriebszustand mit Nennförderleistung und andererseits in einem Pausenbetriebszustand mit reduzierter Förderleistung betrieben werden kann. Nach dem Abschalten des Brenners 4 erfolgt dann ein Umschalten der Pumpe 10 von ihrem Nennbetriebszustand in den Pausenbetriebszustand, sobald die Wärmeübertragung vom Heizblock 5 auf die Heizflüssigkeit einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Vorzugsweise wird auch hier der Schwellwert Null verwendet, bei dem also der Heizblock 5 im wesentlichen keine Wärme mehr auf die Heizflüssigkeit überträgt.
  • Das Energieeinsparungspotenzial kann noch dadurch vergrößert werden, dass der Pausenbetriebszustand der Pumpe 10 durch einen intermitterienden Betrieb gekennzeichnet ist, bei dem die Pumpe 10 in vorbestimmten Abständen abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet ist. Auf diese Weise ergibt sich einerseits eine reduzierte Förderleistung, während andererseits gewährleistet werden kann, dass ein repräsentativer Istwert für die Vorlauftemperatur gemessen werden kann. Beispielsweise werden die Intervalle, in denen die Pumpe 10 aktiv ist, so gewählt, dass zumindest eine vollständige Umwälzung der Heizflüssigkeit im Heizkreis 2 stattfinden kann.
  • Während bei einer einfachen Ausführungsform konstante Einschaltzeiten und Ausschaltzeiten vorliegen, kann eine Weiterbildung variable Einschaltzeiten und/oder Ausschaltzeiten erzeugen, die in Abhängigkeit des Wärmehaushalts im Gebäude bzw. in der Heizungsanlage 1 ausgewählt werden können.
  • Wie bereits weiter oben geschildert, kann auch die Wärmeabgabegeschwindigkeit beim Heizblock 5 überwacht werden. Für den Pausenbetriebszustand der Pumpe 10 kann dies dahingehend ausgenutzt werden, dass die Einschaltzeiten und/oder die Ausschaltzeiten der Pumpe 10 in Abhängigkeit dieser Wärmeabgabegeschwindigkeit ausgewählt werden.
  • Auch hierbei kann es nützlich sein, die Einschaltzeiten bzw. Ausschaltzeiten der Pumpe 10 durch eine statistische Auswertung einer Vielzahl von gespeicherten zeitlichen Verläufen der Wärmeabgabe am Heizblock 5 auszuwählen bzw. gegebenenfalls zu adaptieren. Beispielsweise führt eine relativ niedrige Wärmeabgabegeschwindigkeit zu der Annahme, dass sich die Vorlauftemperatur erst nach einer längeren Zeitspanne signifikant ändern kann, so dass die Ausschaltzeiten entsprechend groß gewählt werden können. Im Unterschied dazu führt eine relativ hohe Warmeabgabegeschwindigkeit zu relativ kurzen Ausschaltzeiten, die im Extremfall auch den Wert Null annehmen können.
  • Bei den vorstehend genannten Ausführungsformen wird das Einschalten des Brenners 4 bzw. das Einschalten der Pumpe 10 unter anderem davon abhängig gemacht, dass die vom Heizblock 5 auf den Heizkreis 2 übertragene Wärmeleistung einen jeweils speziellen Schwellwert erreicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Überwachung dieses Schwellwerts beispielsweise dadurch erfolgen, dass lediglich eine Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur überwacht wird. Sobald diese Differenz einen vorbestimmten Wert, z.B. Null, erreicht, wird bei dieser vereinfachten Ausführungsform davon ausgegangen, dass die Wärmeübertragung vom Heizblock 5 auf den Heizkreis 2 den jeweils voreingestellten Schwellwert erreicht hat.
  • Bei den vorgenannten Steuer- und/oder Regelstrategien liegt der Schwerpunkt in der Berücksichtigung des Wärmeinhalts des Heizblocks 5 nach dem Abschalten des Brenners 4. Im Unterschied dazu liegt bei den folgenden Ausführungsformen der Schwerpunkt in der Berücksichtigung des Wärmeinhalts des Heizkreises 2 und/oder des Gebäudes bzw. in der Wärmeübertragung vom Heizkreis 2 auf das Gebäude. Dabei kann zusätzlich auch der Wärmeinhalt des Heizblocks 5 berücksichtigt werden.
  • Das übliche Kriterium für das Ausschalten des Brenners 4 liegt dann vor, wenn bei minimal einstellbarer Heizleistung des Brenners 4 und - sofern möglich - bei minimal einstellbarer Förderleistung der Pumpe 10 die vom Heizkreis 2 in das Gebäude übertragene Wärme die aktuelle Heizleistungsanforderung des Gebäudes erreicht oder übersteigt.
  • In der allgemeinsten Form dieser Steuer- und/oder Regelstrategie wird der Brenner 4 nach einem Abschaltvorgang erst dann wieder eingeschaltet, wenn die Wärmeübertragung vom Heizkreis 2 auf das Gebäude einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Diese übertragene Wärmeleistung kann dabei relativ einfach dadurch überprüft werden, dass unter Berücksichtigung des von der Pumpe 10 geförderten Volumenstroms die Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur ermittelt wird. Bei einer geeigneten Auswahl des Schwellwerts für die übertragene Wärmeleistung kann bei anliegender Heizleistungsanforderung des Gebäudes der Start des Brenners 4 verzögert werden, wodurch insgesamt die Anzahl von Brennerstartvorgängen reduziert werden kann.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird der genannte Schwellwert für die Wärmeübertragung so gewählt, dass beim Starten des Brenners 4 die vom Heizkreis 2 auf das Gebäude übertragene Wärmeleistung während der gesamten Zeitdauer einer vorbestimmten Startprozedur des Brenners 4 die aktuell anliegende Heizleistungsanforderung des Gebäudes nicht erreicht. Diese Maßnahme hat zur Folge, dass der Brenner 4 während der Startprozedur voraussichtlich nicht deshalb wieder ausgeschaltet werden muss, weil die vom Heizkreis 2 auf das Gebäude übertragene Wärmeleistung die Heizleistungsanforderung des Gebhäudes erreicht bzw. übersteigt.
  • Diese spezielle Ausführungsform ist von besonderem Interesse, da dadurch ein mehrfaches Wiederholen und Abbrechen von Startvorgängen vermieden werden kann, die einerseits eine hohe Bauteilbeanspruchung darstellen und andererseits ungünstige Emissions- und Verbrauchswerte aufweisen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann der Wärmeinhalt des Heizkreises 2, einschließlich des Heizblocks 5, auch dazu ausgewertet werden, den vorgenannten Schwellwert zum Einschalten des Brenners 4 so zu wählen, dass während der Startprozedur des Brenners 4 eine vorgegebene oder maximal zulässige Vorlauftemperatur nicht erreicht wird. Insbesondere bei einer Heizungsanlage 1, deren Steuer-und/oder Regeleinrichtung 11 in Abhängigkeit der Außentemperatur einen Sollwert für die Vorlauftemperatur festlegt, ist diese Weiterbildung von Vorteil. Denn durch die genannte Einschaltbedingung wird erreicht, dass die gemessenen Istwerte für die Vorlauftemperatur während der vorgegebenen Startprozedur des Brenners 4 den vorgegebenen Sollwert nicht erreichen. Ein Abschalten während der Startprozedur kann dadurch vermieden werden.
  • Hintergrund der aufgezeigten Maßnahmen ist im wesentlichen die Vermeidung unnötiger Startvorgänge für den Brenner 4 sowie insgesamt die Senkung der Startvorgänge pro Zeiteinheit. Dementsprechend kann die Lebensdauer der Heizungsanlage 1 erhöht werden. Des Weiteren sparen verkürzte Betriebszeiten der Pumpe 10 Strom. Die zuletzt beschriebenen Strategien zur Verzögerung des Brennerstarts auf einen Zeitpunkt, zu dem gewährleistet werden kann, dass die Startprozedur des Brenners 4 vollständig ablaufen kann, führen zusätzlich zu einem besonders ökonomischen Betrieb der Heizungsanlage 1.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizungsanlage
    2
    Heizkreis
    3
    Heizeinrichtung
    4
    Brenner
    5
    Heizblock
    6
    Eintritt von 5
    7
    Rücklauf von 2
    8
    Austritt von 5
    9
    Vorlauf von 2
    10
    Pumpe
    11
    Steuer- und/oder Regeleinrichtung
    12
    Rücklauftemperatursensor
    13
    Vorlauftemperatursensor
    14
    Signalleitung

Claims (3)

  1. Heizungsanlage für ein Gebäude, umfassend
    - eine Heizeinrichtung (3) mit einem Brenner (4) und einem vom Brenner (4) beheizten Heizblock (5) zur Wärmeabgabe an eine Heizflüssigkeit eines im Gebäude verlaufenden Heizkreises (2),
    - eine Pumpe (10) zum Antrieb der Heizflüssigkeit im Heizkreis (2) und
    - eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11) zur Betätigung der Pumpe (10) und/oder des Brenners (4),
    - wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11) so ausgebildet ist, dass sie bei der Betätigung der Pumpe (10) und/oder des Brenners (4) den aktuellen Wärmeinhalt des Heizkreises (2) und/oder des Heizblocks (5) und/oder des Gebäudes berücksichtigt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11) den Brenner (4) in Abhängigkeit der Außentemperatur betätigt und den Brenner (4) erst dann wieder startet, wenn eine Geschwindigkeit, mit welcher der Heizblock (5) seine Wärme an die Heizflüssigkeit abgibt, einen vorbestimmten Schwellwert erreicht.
  2. Heizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11) die Geschwindigkeit der Wärmeabgabe des Heizblocks (5) an die Heizflüssigkeit aus dem zeitlichen Verlauf der Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf (9) und Rücklauf (7) ermittelt.
  3. Heizungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (11) den zeitlichen Verlauf der Wärmeabgabegeschwindigkeit speichert und den Schwellwert zum Starten des Brenners (4) durch statistische Auswertung der gespeicherten Verläufe ermittelt und/oder adaptiert..
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