EP2084463B1 - Verfahren zur regelung eines brenners einer heizungsanlage mit zwei verbraucher - Google Patents

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EP2084463B1
EP2084463B1 EP07816196.5A EP07816196A EP2084463B1 EP 2084463 B1 EP2084463 B1 EP 2084463B1 EP 07816196 A EP07816196 A EP 07816196A EP 2084463 B1 EP2084463 B1 EP 2084463B1
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EP
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burner
boiler
switch
heating circuit
heating
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EP07816196.5A
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Glutz AG
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Glutz AG
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Publication date
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    • 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
    • F24D19/1066—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for the combination of central heating and domestic hot water
    • 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
    • F24H15/10—Control of fluid heaters characterised by the purpose of the control
    • F24H15/174—Supplying heated water with desired temperature or desired range of temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/258—Outdoor temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/06—Controlling two predeterming temperatures, e.g. day-night

Definitions

  • the invention relates to a method referred to in the preamble of claim 1 Art.
  • Such heating systems contain a boiler with a burner that can heat both consumers, on the one hand a heating circuit and on the other hand a hot water boiler.
  • Such heating systems are advantageously used in residential buildings.
  • the boilers used in this case are advantageously designed as condensing boiler, through the design of which the exhaust gas is condensed, so that the heat of vaporization is usefully used.
  • a method referred to in the preamble of claim 1 is known from DE-A1-41 03 647 known.
  • the heating system includes a heating circuit as the first consumer and a hot water boiler as the second consumer.
  • a minimum burner run time provided. If the switching difference is exceeded because of this minimum burner running time, heat is also discharged into the hot water circuit if a heat demand of the hot water circuit is not present:
  • This heating system also contains a heating circuit as the first consumer and a hot water boiler as the second consumer. For switching from the first to the second consumer, a diverter valve is present. There is a single circulation pump available. In this type of hydraulic circuit only one of the two consumers can be heated. It is provided that the heating times are determined for the two consumers, from which the sum is formed, and that the switch-on time for the burner is chosen so that it by this sum before that Time is at which the raised temperature level for the two consumers should be achieved.
  • the invention has for its object to enable heating of the hot water boiler without this rigid time limit and thereby to extend the burner running time to reduce the number of burner starts.
  • the heating system is analogous to DE-A1-35 39 328 is constructed.
  • the burner feed thus arrives at a diverter valve, which directs the heated boiler water either to the hot water boiler or to the heating circuit.
  • the heating circuit is a direct heating circuit, so contains no mixing valve.
  • the boiler is therefore a condensing boiler that can be operated at such a low temperature that the use of a flow mixing valve can be dispensed with.
  • Such a condensing boiler has an increased efficiency and because of the lower boiler temperature, the heat losses are smaller.
  • the invention relates to the control of the burner of such a heating system.
  • the possibilities of regulating the burner are in fact determined by the nature of the heating system insofar that the hydraulic circuit has a considerable influence.
  • it is not possible to control the flow temperature of the heating circuit to a value that is lower than the boiler temperature because of the missing mixing valve. This is especially true at the transition from the higher boiler temperature during a Ladevorganas for the boiler to the lower boiler temperature during heating in less cold weather. Therefore, control methods for the burner used in other hydraulic circuits are not applicable to heating systems with diverter valve between boiler circuit and direct heating circuit.
  • a temperature diagram is shown with switching limits to the boiler circuit and heating circuit. Shown is a boiler water temperature setpoint TS K , which applies during operation of the boiler during hot water boiler charging. Associated with this setpoint are a switch-on limit TE K and switch-off limit TA K , which determine the switching on and off of the burner.
  • the switch-off limit TA K is normally not reached, however, because the burner is modulated from the moment when a boiler water temperature actual value TK Ist reaches the boiler water temperature setpoint TS K so that the actual value of the boiler water temperature TK actual does not increase any longer for example, remains at the boiler water temperature setpoint TS K.
  • a boiler temperature setpoint TS B which is 60 ° C, for example.
  • a boiler switch-off limit TA B assigned to this can be identical to the boiler temperature setpoint TS B , which means that the boiler charge is ended when a boiler temperature actual value TB actual is reached. This usually leads to turning off the burner because it stops the boiler.
  • a boiler turn-on limit TE B is shown. Falls below the boiler temperature value TB Is this Boilereinschaltalia TE B, it means that the boiler needs to be recharged, which involves turning on the burner by itself.
  • Boiler temperature setpoint TS B , boiler switch-off limit TA B and boiler switch-on limit TE B are also independent of the weather.
  • a curve for the heating circuit temperature setpoint TS H which depends on the outside temperature in a known manner. Also, this setpoint is associated with a switch-on limit and a switch-off limit, namely a switch-on limit TE H for the heating circuit and a switch-off limit TA H for the heating circuit, all of which are a function of the outside temperature.
  • the boiler water temperature setpoint TS K becomes effective for burner operation. So the burner is turned on, if it is not already turned on for heating. If the actual temperature in the boiler rises above the switch-off limit TA B while the burner is running, the burner is switched off again. This is the case in the known prior art. Similarly, the burner is switched depending on the actual temperature in the heating circuit. If the actual temperature in the heating circuit falls below the switch-on limit TE H , then the Burner switched on. If the actual temperature in the heating circuit exceeds the switch-off limit TA H while the burner is running, the burner is switched off again.
  • the diverter valve is switched simultaneously with the switching on of the burner in such a way that the boiler water is led from the boiler into the hot water boiler. If, however, the burner was turned on due to a heat demand of the heating circuit, the diverter valve is switched so that the boiler water is directed into the heating circuit before switching on the burner.
  • a point P1 is drawn, which represents an actual value of the temperature in the heating circuit at a currently prevailing outside temperature. It is just above the switch-on limit TE H for the heating circuit. If the burner was switched off due to the exceeding of the switch-off limit TA B for the hot water boiler, so after a short time due to the heat demand of the heating circuit of the burner is turned on by falling below the switch-on limit TE H for the heating circuit again.
  • the burner is not immediately switched off when the switch-off limit TA B for the hot water boiler is exceeded when the heating system is enabled in the heating system, but the burner is kept in operation during a burner follow-up time t n .
  • the release of the heating operation does not mean that the heating operation is actually running, but only that the burner could be turned on to supply heat to the heating circuit.
  • this release occurs when the average outdoor temperature is below a switching limit for switching between summer and winter operation.
  • This summer-winter switching limit is in the diagram of Fig. 1 marked and designated SWSg.
  • the release of the heating operation can also take place, for example, if the current outside temperature is lower by a threshold than the setpoint value of the room temperature.
  • a release of the heating operation can take place when during a so-called night lowering a very low outside temperature occurs.
  • the diverter valve By exceeding the switch-off limit TA B for the hot water boiler, the diverter valve is simultaneously switched over to the heating circuit.
  • the burner is thus kept in operation during this burner follow-up time t n , although a switch-off command for the burner has been generated by the exceeding of the switch-off limit TA B for the hot water boiler.
  • the corresponding switch-off command for the burner is therefore suppressed.
  • the heat produced by the burner during the burner follow-up time t n is conducted into the heating circuit, although the switch-on limit TE H for the heating circuit has not fallen below.
  • the burner is usually only briefly switched off and the burner runtime is extended. Hardly meaningful switch-off commands are thus suppressed. This has a positive effect on the emission behavior of the burner and avoids energy losses by pre-ventilation of the combustion chamber and in evaporator burners the energy required to preheat the evaporator chamber.
  • the burner follow-up time t n has no fixed value, but is varied depending on the heat demand of the heating circuit.
  • the heat requirement of the heating circuit can be advantageously characterized by the prevailing outside temperature TA.
  • the heat demand of the heating circuit can also be advantageously characterized by the setpoint of the temperature in the heating circuit.
  • the heating circuit setpoint TS H is a function of the outside temperature TA for a weather-dependent controller, but also takes into account the deviation of the current room temperature TR act from the room temperature setpoint TR setpoint . If, for example, the current room temperature TR akt is only 17 ° C. after the end of the usual nightly setback operation, then it is advantageous to take this into account when calculating the burner follow-up time t n .
  • a first example of a course of operation is shown.
  • the upper three horizontal lines denote the same as in the Fig. 1 the boiler water temperature setpoint TS K , the switch-on limit TE K and the switch-off limit TA K.
  • the boiler temperature setpoint TS B which coincides with the boiler switch-off limit TA B , is shown with a further horizontal line.
  • the left side of the diagram shows the initial state, namely that the burner is switched on and that the diverter valve is in the position in which the boiler water flows to the hot water boiler.
  • the boiler water temperature actual value TK Ist rises until it reaches the switch-off limit TA K.
  • the burner goes when the boiler water temperature value TK is reached the boiler water temperature setpoint TS K over from operation with nominal power in modulating operation, with the result that the boiler water temperature value TK is now increases much slower and also the switch-off TA K not reached. This is shown with a dotted line. It also becomes clear that the burner runs longer due to this measure.
  • the boiler water temperature actual value TK actual now drops, despite the burner starting up, because cooled water from the heating circuit now flows into the boiler. How fast the boiler water temperature actual value TK Is decreases depends on the one hand on the previous temperature in the heating circuit and on the other hand on how much of the heat given off in the heating circuit is consumed there.
  • the burning runtime t n is started. If this time has expired, which is the case at time t 2 is, then the burner is turned off.
  • the boiler water temperature actual value TK is significantly above the switch-off limit TA H for the heating circuit, with the result that the burner now actually switches off.
  • the heat produced by the burner during the burner lag time t n was released into the heating circuit, although it was not necessarily used there. Nevertheless, this makes sense, because at some point during the heating season there is again a heat demand for the heating circuit. Because of this heat dissipation into the heating circuit at the end of the load of the hot water boiler but the temperature of the water in the heating circuit is slightly higher, so that an actual heat demand in the heating circuit, which leads to the burner, occurs later.
  • a second example of a course of operation is shown. It differs from the example of Fig. 2 in that the heating circuit temperature setpoint TS H is greater, as well as the associated switch-on limit TE H for the heating circuit and the switch-off limit TA H for the heating circuit.
  • the boiler water temperature actual value TK actual is above the switch-on limit TE H for the heating circuit, as shown in FIG Fig. 1 already marked with the point P1. Consequently, the burner does not switch off after expiration of the burner follow-up time t n , but continues to run. It is then switched off only at time t 3 , when the boiler water temperature actual value TK Ist has reached the switch-off limit TA H for the heating circuit.
  • the advantageous over the prior art effect of the invention impressively, but it was the shutdown of the burner at the end of the boiler charge and then necessary to turn on the burner for heating prevented. This increases the burner runtime and reduces the number of reclosures.
  • the hot water boiler it is also possible to reload the hot water boiler during the day during heating. Although then no burner power for the heating operation is available during the time of recharging the hot water boiler, but it is possible to then release the recharging of the hot water boiler before the heater would be turned off by reaching the switch-off limit TA H for the heating circuit of the burner. During the period in which the hot water boiler is recharged, of course, the temperature drops in the heating circuit. If the recharging of the hot water boiler is not completed at the time when the switch-on limit TE H in the heating circuit is not reached, the heat demand in the heating circuit will be underrun at short notice. Of this, the user usually feels nothing because of the inertia of such heating systems.
  • the invention prevents unnecessary turn-off operations so that the number of turn-on operations is reduced. This has a positive effect on pollutant emissions and energy consumption.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Solche Heizungsanlagen enthalten einen Heizkessel mit einem Brenner, der beide Verbraucher, nämlich einerseits einen Heizkreis und andererseits einen Warmwasserboiler heizen kann. Solche Heizungsanlagen werden vorteilhaft bei Wohngebäuden angewendet. Die dabei verwendeten Heizkessel sind vorteilhaft als kondensierende Kessel gestaltet, durch deren Bauart das Abgas kondensiert wird, so dass die Verdampfungswärme nutzbringend mitverwendet wird.
  • Weil bei jedem Start eines Brenners anfangs erhöhte Schadstoffemissionen auftreten und auch Energie aufgewendet werden muss, um den Brennraum vorzulüften, besteht schon seit langer Zeit das Bedürfnis, die Zahl der Einschaltvorgänge zu reduzieren und eine möglichst lange Brennerlaufzeit zu gewährleisten.
    • Stand der Technik
  • Ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der DE-A1-41 03 647 bekannt. Die Heizungsanlage enthält einen Heizkreis als ersten Verbraucher und einen Warmwasserboiler als zweiten Verbraucher. Hier ist eine Mindestbrennerlaufzeit vorgesehen. Wenn wegen dieser Mindestbrennerlaufzeit die Schaltdifferenz überschritten wird, so wird Wärme auch dann in den Brauchwasserkreis abgeführt, wenn eine Wärmeanforderung des Brauchwasserkreises gar nicht vorliegt:
  • Ein solches Verfahren ist auch aus der DE-A1-35 39 328 bekannt. Auch diese Heizungsanlage enthält einen Heizkreis als ersten Verbraucher und einen Warmwasserboiler als zweiten Verbraucher. Zur Umschaltung vom ersten auf den zweiten Verbraucher ist ein Umlenkventil vorhanden. Dabei ist eine einzige Umwälzpumpe vorhanden. Bei dieser Art der hydraulischen Schaltung kann immer nur einer der beiden Verbraucher beheizt werden. Vorgesehen ist, dass die Aufheizzeiten für die beiden Verbraucher ermittelt werden, daraus die Summe gebildet wird, und dass der Einschaltzeitpunkt für den Brenner so gewählt wird, dass er um diese Summe vor jenem Zeitpunkt liegt, an dem das angehobene Temperaturniveau für die beiden Verbraucher erreicht sein soll.
  • Die Lösung gemäß DE-C2-40 02 292 geht von diesem Stand der Technik aus. Dabei ist ein Nachlauf des Brenners während einer vorgegebenen Brennernachlaufzeit am Ende der Brauchwasserladung vorgesehen und die Regelung der Raumtemperatur gemäß Heizkurve erfolgt erst nach Ablauf dieser Nachlaufzeit. Diese Lösung betrifft ebenfalls den Zeitraum vor dem Ende der Nachtabsenkung.
  • Aus EP-A1-0 711 960 ist bekannt, den Brenner unmittelbar auszuschalten, sobald der Brauchwasserboiler die vorgesehene Temperatur erreicht hat. Nachteilig ist hier, dass während der Ladung des Brauchwasserspeichers der Brenner im EIN-AUS-Taktbetrieb läuft. Dadurch entstehen sehr viele Einschaltvorgänge des Brenners. Hat der Brauchwasserboiler die vorgesehene Temperatur erreicht, so bleibt aber die BoilerLadepumpe für eine gewisse Zeit noch in Betrieb. Diese Lösung ist anwendbar bei Heizungsanlagen mit separaten Pumpen für die beiden Verbraucher, also mit einer Heizkreispumpe für den Heizkreis und einer Brauchwasserladepumpe für den Boilerkreis.
  • Aus DE-A1-35 29 814 ist ebenfalls bekannt, den Brenner am Ende der Boilerladung unverzögert auszuschalten, aber die Boilerladepumpe erst verzögert auszuschalten. Zudem wird die Heizkreispumpe am Ende der Boilerladung unverzögert eingeschaltet. Dies geschieht, um das Ansprechen des Sicherheits-Temperaturbegrenzers zu verhindern. Auch hier sind also zwei Pumpen vorgesehen.
  • Bei allen vorgenannten Schriften wird davon ausgegangen, dass die Aufheizung des Warmwasserboilers jeweils am Morgen vor dem Ende der Nachtabsenkung stattfindet. Damit die Benützer während des ganzen Tages Warmwasser zur Verfügung haben, muss also der Warmwasserboiler genügend groß dimensioniert sein, um den ganzen Tagesbedarf an Warmwasser liefern zu können.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufheizung des Warmwasserboilers ohne diese starre zeitliche Beschränkung zu ermöglichen und dabei die Brennerlaufzeit zu verlängern, um die Zahl der Brennerstarts zu verringern.
  • Die genannte Ausgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Temperatur-Diagramm mit Schaltgrenzen für Boilerkreis und Heizkreis und
    Fig. 2 und 3
    Temperatur-Zeit-Diagramme mit Darstellung der Schaltzustände von Brenner und Umlenkventil.
  • Vorausgeschickt sei, dass die Heizungsanlage analog zu DE-A1-35 39 328 aufgebaut ist. Der Brennervorlauf gelangt also zu einem Umlenkventil, das das erhitzte Kesselwasser entweder zum Warmwasserboiler oder zum Heizkreis leitet. Auch ist der Heizkreis ein Direktheizkreis, enthält also kein Mischventil. Der Heizkessel ist deshalb ein kondensierender Kessel, der mit so niedriger Temperatur betrieben werden kann, dass auf den Einsatz eines Vorlauf-Mischventils verzichtet werden kann. Ein solcher kondensierender Kessel hat einen erhöhten Wirkungsgrad und wegen der niedrigeren Kesseltemperatur sind auch die Wärmeverluste kleiner.
  • Die Erfindung betrifft die Regelung des Brenners einer solchen Heizungsanlage. Die Möglichkeiten der Regelung der Brenners werden nämlich durch die Art der Heizungsanlage insoweit mitbestimmt, dass die hydraulische Schaltung einen erheblichen Einfluss hat. Bei einem witterungsabhängigen Direktheizkreis ist es wegen des fehlenden Mischventils nicht möglich, die Vorlauftemperatur des Heizkreises auf einen Wert zu regeln, der niedriger ist als die Kesseltemperatur. Das gilt insbesondere beim Übergang von der höheren Kesseltemperatur während eines Ladevorganas für den Warmwasserboiler auf die niedrigere Kesseltemperatur während des Heizbetriebs bei weniger kalter Witterung. Deshalb sind Regelungsverfahren für den Brenner, die bei anderen hydraulischen Schaltungen angewendet werden, auf Heizungsanlagen mit Umlenkventil zwischen Boilerkreis und Direktheizkreis nicht anwendbar.
  • In der Fig. 1 ist ein Temperatur-Diagramm mit Schaltgrenzen zur Boilerkreis und Heizkreis dargestellt. Eingezeichnet ist ein Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK, der beim Betrieb des Heizkessels während der Ladung des Warmwasserboilers gilt. Diesem Sollwert zugeordnet sind eine Einschaltgrenze TEK und Ausschaltgrenze TAK, die das Ein- bzw. Ausschalten des Brenners bestimmen. Die Ausschaltgrenze TAK wird aber normalerweise gar nicht erreicht, weil der Brenner ab dem Zeitpunkt, da ein Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst den Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK erreicht, modulierend betrieben wird, so dass der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst nicht weiter steigt, sondern etwa beim Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK verharrt. Eingezeichnet ist weiter ein Boilertemperatur-Sollwert TSB, der beispielsweise 60°C beträgt. Eine diesem zugeordnete Boilerausschaltgrenze TAB kann identisch mit dem Boilertemperatur-Sollwert TSB sein, was bedeutet, dass die Boilerladung beendet wird, wenn ein Boilertemperatur-Istwert TBIst erreicht ist. Das führt üblicherweise zum Ausschalten des Brenners, weil damit die Boilerladung beendet ist. Zusätzlich ist eine Boilereinschaltgrenze TEB eingezeichnet. Unterschreitet der Boilertemperatur-Istwert TBIst diese Boilereinschaltgrenze TEB, so bedeutet das, dass der Boiler nachgeladen werden muss, was das Einschalten des Brenners nach sich zieht. Auch Boilertemperatur-Sollwert TSB, Boilerausschaltgrenze TAB und Boilereinschaltgrenze TEB sind von der Witterung unabhängig.
  • Eingezeichnet ist weiter eine Kurve für den Heizkreistemperatur-Sollwert TSH, die in bekannter Art und Weise von der Außentemperatur abhängig ist. Auch diesem Sollwert sind eine Einschaltgrenze und eine Ausschaltgrenze zugeordnet, nämlich eine Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis und eine Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis, die allesamt eine Funktion der Außentemperatur sind.
  • Fällt die tatsächliche Temperatur im Warmwasserboiler unter die Einschaltgrenze TEB, so wird der Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK für den Betrieb des Brenners wirksam. Also wird der Brenner eingeschaltet, sofern er nicht schon für den Heizbetrieb eingeschaltet ist. Steigt dann bei laufendem Brenner die tatsächliche Temperatur im Warmwasserboiler über die Ausschaltgrenze TAB, so wird der Brenner wieder ausgeschaltet. Dies ist so beim vorbekannten Stand der Technik. Analog dazu wird der Brenner in Abhängigkeit von der tatsächlichen Temperatur im Heizkreis geschaltet. Fällt die tatsächliche Temperatur im Heizkreis unter die Einschaltgrenze TEH, so wird der Brenner eingeschaltet. Steigt dann bei laufendem Brenner die tatsächliche Temperatur im Heizkreis über die Ausschaltgrenze TAH, so wird der Brenner wieder ausgeschaltet.
  • Wurde der Brenner aufgrund einer Wärmeanforderung des Warmwasserboilers eingeschaltet, so wird gleichzeitig mit dem Einschalten des Brenners das Umlenkventil so geschaltet, dass das Kesselwasser vom Heizkessel in den Warmwasserboiler geleitet wird. Wurde hingegen der Brenner aufgrund einer Wärmeanforderung des Heizkreises eingeschaltet, so wird vor dem Einschalten des Brenners das Umlenkventil so geschaltet, dass das Kesselwasser in den Heizkreis geleitet wird.
  • Oftmals wird nun beobachtet, dass kurze Zeit nach dem Ausschalten des Brenners durch das Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler der Brenner wieder eingeschaltet wird, wenn bald nach dem Ausschalten des Brenners die Einschaltarenze TEH für den Heizkreis unterschritten wird. In der Fig. 1 ist ein Punkt P1 eingezeichnet, der einen Istwert der Temperatur im Heizkreis bei einer aktuell herrschende Außentemperatur darstellt. Er liegt knapp über der Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis. Wurde der Brenner aufgrund des Überschreitens der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler ausgeschaltet, so wird nach kurzer Zeit wegen des Wärmebedarfs des Heizkreises der Brenner durch das Unterschreiten der Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis wieder eingeschaltet. Dieses unmittelbar aufeinander folgendes Ausschalten und Wiedereinschalten des Brenners ist unzweckmäßig und soll durch die Erfindung verhindert werden. Ein derartiger Fall, dass der Istwert der Temperatur im Heizkreis deutlich unterhalb der Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis, aber oberhalb der Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis liegt, tritt durchaus häufig auf, weil während der Ladung des Warmwasserboilers der Heizkreis nicht mit Wärme versorgt wird, so dass er etwas abgekühlt ist.
  • Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass der Brenner beim Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler jeweils dann nicht sofort ausgeschaltet wird, wenn bei der Heizungsanlage der Heizbetrieb freigegeben ist, sondern dass der Brenner während einer Brennernachlaufzeit tn weiter in Betrieb gehalten wird. Die Freigabe des Heizbetriebes bedeutet dabei nicht, dass der Heizbetrieb tatsächlich läuft, sondern nur, dass der Brenner zur Lieferung von Wärme an den Heizkreis eingeschaltet werden könnte.
  • Für die Freigabe des Heizbetriebes kommen verschiedene Kriterien in Betracht. So erfolgt beispielsweise diese Freigabe, wenn die mittlere Außentemperatur unterhalb einer Schaltgrenze für die Umschaltung zwischen Sommer- und Winterbetrieb liegt. Diese Sommer-Winter-Schaltgrenze ist im Diagramm der Fig. 1 eingezeichnet und mit SWSg bezeichnet.
  • Die Freigabe des Heizbetriebs kann beispielsweise auch erfolgen, wenn die aktuelle Außentemperatur um einen Schwellenwert tiefer ist als der Sollwert der Raumtemperatur. Darüber hinaus kann eine Freigabe des Heizbetriebs dann erfolgen, wenn während einer sogenannten Nachtabsenkung eine sehr tiefe Außentemperatur auftritt.
  • Durch das Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler wird gleichzeitig das Umlenkventil auf den Heizkreis umgeschaltet.
  • Der Brenner wird also während dieser Brennernachlaufzeit tn in Betrieb gehalten, obwohl durch das Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler ein Ausschaltbefehl für den Brenner generiert worden ist. Der entsprechende Ausschaltbefehl für den Brenner wird also unterdrückt. Die während der Brennernachlaufzeit tn vom Brenner produzierte Wärme wird in den Heizkreis geleitet, obwohl die Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis nicht unterschritten worden ist.
  • Dadurch wird das meist nur kurzzeitige Ausschalten des Brenners verhindert und es wird die Brennerlaufzeit verlängert. Kaum sinnvolle Ausschaltbefehle werden also unterdrückt. Das wirkt sich hinsichtlich des Emissionsverhaltens des Brenners positiv aus und vermeidet Energieverluste durch Vorlüften des Brennraums und bei Verdampferbrennern den Energieaufwand zum Vorheizen der Verdampferkammer.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Brennernachlaufzeit tn keinen fest vorgegebenen Wert hat, sondern je nach dem Wärmebedarf des Heizkreises variiert wird. Der Wärmebedarf des Heizkreis kann vorteilhaft charakterisiert werden durch die herrschende Außentemperatur TA. Je niedriger die Außentemperatur ist, desto größer ist der Wärmebedarf des Heizkreises. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die Brennernachlaufzeit tn eine Funktion der Außentemperatur TA ist. Vorteilhaft ist es, wenn diese Funktion der Gleichung t n min = TR Soll - TA
    Figure imgb0001
     entspricht, wobei TRSoll der Sollwert der Raumtemperatur ist. Beträgt der Raumtemperatur-Sollwert TRSoll wie üblich 20°C und herrscht eine Außentemperatur TA von 10°C, so hat die Brennernachlaufzeit tn einen Wert von 10 Minuten.
  • Der Wärmebedarf des Heizkreis kann auch vorteilhaft charakterisiert werden durch den Sollwert der Temperatur im Heizkreis. Der Heizkreis-Sollwert TSH ist bei einem witterungsabhängigen Regler eine Funktion der Außentemperatur TA, berücksichtigt aber darüber hinaus auch die Abweichung der aktuellen Raumtemperatur TRakt vom Raumtemperatur-Sollwert TRSoll. Beträgt beispielsweise die aktuelle Raumtemperatur TRakt nach dem Ende des üblichen nächtlichen Absenkbetriebs nur 17°C, so ist es vorteilhaft, dies bei der Berechnung der Brennernachlaufzeit tn zu berücksichtigen.
  • Es ist deshalb vorteilhaft, wenn die Brennernachlaufzeit tn eine Funktion des Heizkreis-Sollwert TSH ist. Vorteilhaft ist es, wenn diese Funktion der Gleichung t n min = TS H - TR Soll * k
    Figure imgb0002
     entspricht, wobei TRSoll wiederum der Raumtemperatur-Sollwert ist. k ist ein Faktor, der Werte zwischen 0,3 und 1 aufweisen kann. Dieser Faktor k steht mit den Gebäudeeigenschaften in Verbindung und ist eine Größe, die ähnlich, aber umgekehrt, wie die sogenannte Heizkurvensteilheit wirkt. Für sehr gut isolierte Gebäude kann der Faktor k einen Wert nahe 1 haben. Für k = 0,5 bei TSH = 40°C und TRSoll = 16°C ergibt sich eine Brennernachlaufzeit tn von 12 Minuten.
  • Durch die Erfindung wird erreicht, dass die Brennerlaufzeit verlängert ist, so dass die Zahl der Brennerstarts kleiner ist.
  • Nachfolgend wird die Wirkung der Erfindung anhand beispielhafter Temperatur-Zeit-Diagramme weiter erläutert. In allen diesen Diagrammen ist auf der Abszissenachse die Zeit dargestellt, auf der Ordinatenachse sind Temperaturen dargestellt. Unterhalb der Temperatur-Zeit-Diagramme sind die logischen Zustände von Brenner und Umlenkventil dargestellt. Mit Br ist der Zustand des Brenners, nämlich "ein" oder "aus", gekennzeichnet. Mit ULV ist der Schaltzustand des Umlenkventils gekennzeichnet. In der Stellung BK ist der Heizkessel mit dem Warmwasserboiler verbunden, in der Stellung HK ist der Heizkessel mit dem Heizkreis verbunden.
  • In der Fig. 2 ist ein erstes Beispiel eines Betriebsverlaufs gezeigt. Die oberen drei waagerechten Linien bezeichnen gleich wie in der Fig. 1 den Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK, die Einschaltgrenze TEK und die Ausschaltgrenze TAK. Darunter ist mit einer weiteren waagerechten Linie der Boilertemperatur-Sollwert TSB eingezeichnet, der mit der Boilerausschaltgrenze TAB zusammenfällt.
  • Am linken Rand des Diagramms ist der Ausgangszustand angegeben, nämlich dass der Brenner eingeschaltet ist und dass sich das Umlenkventil in jener Stellung befindet, bei der das Kesselwasser zum Warmwasserboiler strömt. Der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst steigt, und zwar so lange, bis er die Ausschaltgrenze TAK erreicht.
  • Ist der Brenner ein modulierender Brenner, so geht der Brenner dann, wenn der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst den Kesselwassertemperatur-Sollwert TSK erreicht, vom Betrieb mit Nennleistung in den modulierenden Betrieb über, was zur Folge hat, dass der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst nun erheblich langsamer steigt und auch die Ausschaltgrenze TAK gar nicht erreicht. Dies ist mit punktierter Linie dargestellt. Ersichtlich wird dabei auch, dass durch diese Maßnahme der Brenner länger läuft.
  • Aus dem steigenden Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst folgt ein Anstieg des Boilertemperatur-Istwerts TBIst. Erreicht der Boilertemperatur-Istwert TBIst den Boilertemperatur-Sollwert TSB bzw. die Boilerausschaltgrenze TAB, so würde beim Stand der Technik der Brenner ausgeschaltet. Das ist als Zeitpunkt t1 bezeichnet. In diesem Moment wird das Umlenkventil umgeschaltet, so dass nun das Kesselwasser in den Heizkreis strömt.
  • Nachdem das Umlenkventil auf den Heizkreis umgeschaltet worden ist, fällt nun trotz des Inbetriebbleibens des Brenners der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst ab, weil nun abgekühltes Wasser aus dem Heizkreis in den Heizkessel strömt. Wie schnell der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst sinkt, hängt einerseits von der vorherigen Temperatur im Heizkreis ab und andererseits davon, wie viel der in den Heizkreis abgegebenen Wärme dort verbraucht wird. Zum Zeitpunkt t1 wird erfindungsgemäß die Brennemachlaufzeit tn gestartet. Ist diese Zeit abgelaufen, was zum Zeitpunkt t2 der Fall ist, so wird der Brenner ausgeschaltet. Am Ende der Brennernachlaufzeit tn, also zum Zeitpunkt t2, liegt der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst deutlich über der Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis, was zur Folge hat, dass der Brenner nun tatsächlich abschaltet. Die während der Brennernachlaufzeit tn vom Brenner produzierte Wärme wurde in den Heizkreis abgegeben, obwohl sie dort nicht unbedingt gebraucht worden ist. Trotzdem ist dies sinnvoll, weil während der Heizperiode irgendwann doch wieder Wärmebedarf für den Heizkreis besteht. Wegen dieser Wärmeabgabe in den Heizkreis am Ende der Ladung des Warmwasserboilers ist aber die Temperatur des Wassers im Heizkreis etwas höher, so dass ein tatsächlicher Wärmebedarf im Heizkreis, der zum Einschalten des Brenners führt, erst später auftritt.
  • In der Fig. 3 ist ein zweites Beispiel eines Betriebsverlaufs gezeigt. Es unterscheidet sich vom Beispiel der Fig. 2 dadurch, dass der Heizkreistemperatur-Sollwert TSH größer ist, ebenso die zugehörige Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis und die Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis. Hier liegt nun zum Zeitpunkt t2 der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst oberhalb der Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis, wie dies in der Fig. 1 schon mit dem Punkt P1 gekennzeichnet war. Folglich schaltet der Brenner nach Ablauf der Brennernachlaufzeit tn nicht ab, sondern läuft weiterhin. Er wird dann erst zum Zeitpunkt t3 abgeschaltet, wenn der Kesselwassertemperatur-Istwert TKIst die Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis erreicht hat. Hier zeigt sich die gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafte Wirkung der Erfindung eindrücklich, wurde doch das Abschalten des Brenners am Ende der Boilerladung und das dann nötige Wiedereinschalten des Brenners für den Heizbetrieb verhindert. Damit verlängert sich die Brennerlaufzeit und die Zahl der Wiedereinschaltvorgänge wird reduziert.
  • Vorteilhaft ist es außerdem, bereits während der Brennernachlaufzeit tn die Leistung des Brenners, sofern es ein modulierender Brenner ist, vom Betrieb mit dessen Nennleistung während der Brauchwasserladung auf den modulierenden Betrieb mit geringerer Leistung überzugehen. Auch das führt zu einer längeren Brennerlaufzeit.
  • Beim Stand der Technik ist es üblich, vor dem Ende der Nachtabsenkung den Warmwasserboiler aufzuheizen und dabei den Beginn so rechtzeitig zu starten, dass am Ende der Nachtabsenkung das Aufladen des Warmwasserboilers beendet ist, so dass dann für den am Morgen startenden Heizbetrieb, der oftmals wegen der Raumauskühlung während der Absenkperiode mit einer erhöhten Vorlauftemperatur als sogenannte Schnellaufheizung gefahren wird, die volle Heizleistung des Heizkessels zur Verfügung steht.
  • Bei der Verwirklichung der Erfindung ist es auch möglich, den Warmwasserboiler während des Tages beim Heizbetrieb nachzuladen. Zwar steht dann während der Zeit der Nachladung des Warmwasserboilers keine Brennerleistung für den Heizbetrieb zur Verfügung, doch ist es möglich, die Nachladung des Warmwasserboilers dann freizugeben, bevor beim Heizbetrieb durch das Erreichen der Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis der Brenner abgeschaltet würde. Während der Zeitspanne, in der der Warmwasserboiler nachgeladen wird, fällt die Temperatur im Heizkreis natürlich ab. Sollte die Nachladung des Warmwasserboilers in dem Zeitpunkt, da im Heizkreis dessen Einschaltgrenze TEH unterschritten wird, noch nicht beendet sein, kommt es kurzfristig zu einer Unterdeckung des Wärmebedarfs im Heizkreis. Davon spürt der Benutzer wegen der Trägheit solcher Heizungsanlagen in der Regel nichts. In einem solchen Fall liegt dann am Ende der Ladung des Warmwasserboilers die Temperatur im Heizkreis unter dessen Einschaltgrenze TEH, so dass, wie schon für den anders liegenden Fall in der Fig. 3 gezeigt, der Brenner nach Ablauf der Brennernachlaufzeit tn wiederum nicht ausschaltet.
  • Durch die Erfindung werden unnötige Ausschaltvorgänge verhindert, so dass die Zahl der Einschaltvorgänge verringert wird. Das wirkt sich hinsichtlich Schadstoffemission und Energieverbrauch positiv aus.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Regelung eines Brenners einer Heizungsanlage mit einem Heizkessel und zwei Verbrauchern, nämlich einem witterungsabhängigen Heizkreis, der ein Direktheizkreis ohne Mischventil ist, und einem Boilerkreis mit einem Warmwasserboiler, wobei mittels eines Umlenkventils jeweils einer dieser beiden Verbraucher vorlaufseitig an den Heizkessel schaltbar ist, wobei der Brenner ausgeschaltet wird, wenn eine Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler oder eine Ausschaltgrenze TAH für den Heizkreis überschritten wird, und der Brenner eingeschaltet wird, wenn eine Einschaltgrenze TEB für den Warmwasserboiler oder eine Einschaltgrenze TEH für den Heizkreis unterschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass immer dann, wenn der Heizbetrieb freigegeben ist, der Brenner während einer Brennernachlaufzeit tn in Betrieb gehalten wird, wenn durch das Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler ein Ausschaltbefehl für den Brenner generiert worden ist, und dass durch das Überschreiten der Ausschaltgrenze TAB für den Warmwasserboiler das Umlenkventil auf den Heizkreis umgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennernachlaufzeit tn je nach dem Wärmebedarf des Heizkreises variiert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wärmebedarf charakterisierende Größe die herrschende Außentemperatur TA ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennernachlaufzeit tn nach der Beziehung tn [min] = (TRSoll - TA) berechnet wird, wobei TRSoll der Sollwert der Raumtemperatur ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wärmebedarf charakterisierende Größe der Heizkreis-Sollwert TSH ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennernachlaufzeit tn nach der Beziehung tn [min] = (TSH - TRSoll) * k berechnet wird, wobei k ein die Gebäudeeigenschaften charakterisierender Faktor ist, der einen Wert zwischen 0,3 und 1 aufweist.
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