EP3889511B1

EP3889511B1 - Verfahren zur regelung eines heizkreises eines heizsystems, steuereinheit für ein heizsystem sowie heizsystem

Info

Publication number: EP3889511B1
Application number: EP21161827.7A
Authority: EP
Inventors: Peter Steen van der
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2023-12-13
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: EP3889511A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Heizsystems nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Die Erfindung betrifft weiterhin auch eine Steuereinheit für ein Heizsystem zur Ausführen eines solchen Verfahrens sowie ein Heizsystem mit einer solchen Steuereinheit.

Stand der Technik

Wenn das Heizwasser eines Heizkreises eines Heizsystems anfängt zu kochen, ist das mit einer unerwünschten Geräuschbildung verbunden. Das Heizsystem kann dabei verstärkt verkalken und ein Wärmetauscher des Heizsystems sich stärker abnutzen. Aus diesem Grund ist im Stand der Technik die maximale Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur begrenzt, um ein Kochen des Heizwassers zu verhindern. Das hat den Nachteil, dass dadurch der Nutzungskomfort eingeschränkt sein kann. So kann bei Überschreitung der Maximaltemperaturdifferenz die Heizleistung begrenzt werden oder das Heizsystem abgeschaltet werden. Das Aufheizen des Heizsystem benötigt mehr Zeit.
Aus EP 0 282 886 A2 ist ein Verfahren bekannt, das ein 3D-Kennlinienfeld verwendet, welches eine Laststufe bzw. einen Umwälzmengenstrom berücksichtigt. Die Laststufe beschreibt die Differenz aus Raumtemperatur und Außentemperatur. Ein Zusammenhang mit einem Systemdruck wird nicht erwähnt. Der Laststufe wird eine Vorlauftemperatur zugeordnet. Aus der Differenz aus Vorlauf- und Rücklauftemperatur (für jede Laststufe) wird der tatsächliche Wärmeverluststrom berechnet. Es wird also die Differenz aus Vorlauf- und Rücklauftemperatur ermittelt die notwendig ist, um die Differenz aus Raum- und Außentemperatur zur Erreichung der gewünschten Temperatur zu überwinden.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Regelung eines Heizkreises eines Heizsystems. Dabei wird eine Rücklauftemperatur des Heizkreises gemessen- und ein Systemdruck des Heizkreises gemessen. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur und dem Systemdruck eine Maximaltemperaturdifferenz ermittelt. Die Maximaltemperaturdifferenz beschreibt die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Rücklauftemperatur und einer Vorlauftemperatur des Heizkreises. Es wird eine Vorlauftemperatur des Heizkreises gemessen und daraus die vorliegende Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ermittelt. Die Vorlauftemperatur wird abgesenkt, falls die Temperaturdifferenz die Maximaltemperaturdifferenz übersteigt.
Das hat den Vorteil, dass das Heizsystem mit einer gegenüber dem Stand der Technik höheren Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf betrieben werden kann, wenn ein ausreichend hoher Systemdruck vorliegt und/oder die Rücklauftemperatur niedrig genug ist. Das kann gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Heizleistung ermöglichen, was insbesondere den Nutzungskomfort erhöht.
Dabei soll unter Heizsystem insbesondere mindestens ein Gerät zur Erzeugung von Wärmeenergie verstanden werden, insbesondere ein Heizgerät bzw. Heizbrenner, insbesondere zur Verwendung in einer Gebäudeheizung, bevorzugt durch das Verbrennen von einem gasförmigen oder flüssigen Brennstoff. Ein Heizsystem kann auch aus mehreren solchen Geräten zur Erzeugung von Wärmeenergie sowie weiteren, den Heizbetrieb unterstützenden Vorrichtungen, wie etwa Warmwasser- und Brennstoffspeichern, bestehen. Vorteilhaft ist das Heizsystem als ein Gebläsebrenner ausgebildet, bei welchem Verbrennungsluft durch ein Gebläse angesaugt wird. Der angesaugten Verbrennungsluft wird ein Brennstoff beigemischt und die Luft-Brennstoff-Mischung in eine Verbrennungskammer bzw. zur einer Brennerplatte geleitet. Vorteilhaft kann der Brennstoff in die angesaugte Verbrennungsluft eingedüst werden, beispielsweise in einem Venturi. Ein Gebläsebrenner ist ein spezieller Vormischbrenner.
Die Rücklauftemperatur ist die Temperatur, mit welcher das Heizwasser nach dem Durchlaufen von einem oder mehreren Heizflächen, insbesondere Heizkörpern bzw. Radiatoren, Flächenheizungen oder Heizlüftern, in das Heizsystem zurückströmt. Die Rücklauftemperatur ist über eine Rücklauftemperaturermittlungseinheit des Heizsystems ermittelbar. Vorteilhaft ist die Rücklauftemperaturermittlungseinheit ein Sensor bzw. eine Sensoreinheit, welche im oder am Heizsystem angeordnet ist. Beispielsweise kann die Rücklauftemperatur an einer Rücklaufleitung des Heizsystems angeordnet sein. Beispielsweise kann die Rücklauftemperaturermittlungseinheit ein Thermometer oder ein Thermoelement aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Rücklauftemperaturermittlungseinheit eine Temperaturinformation von einem externen Sensor empfängt, beispielsweise einem Sensor an einer Leitung des Heizkreises, welche dem Heizsystem das Heizwasser zuführt.
Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur, welche das Heizsystem zum Heizen bereitstellt, mit welcher insbesondere das Heizwasser aus dem Heizsystem ausströmt und zum Durchlaufen von einem oder mehreren Heizflächen vorgesehen ist, insbesondere von Heizkörpern bzw. Radiatoren, Flächenheizungen oder Heizlüftern. Die Vorlauftemperatur ist über eine Vorlauftemperaturermittlungseinheit des Heizsystems ermittelbar. Vorteilhaft ist die Vorlauftemperaturermittlungseinheit ein Sensor bzw. eine Sensoreinheit, welche im oder am Heizsystem angeordnet ist. Beispielsweise kann die Vorlauftemperatur an einer Vorlaufleitung des Heizsystems angeordnet sein. Beispielsweise kann die Vorlauftemperaturermittlungseinheit ein Thermometer oder ein Thermoelement aufweisen. Es ist auch denkbar, dass die Vorlauftemperaturermittlungseinheit eine Temperaturinformation von einem externen Sensor empfängt, beispielsweise einem Sensor an einer Leitung des Heizkreises, welche das Heizwasser aus dem Heizsystem leitet und insbesondere einem Heizkörper zuführt.
Der Systemdruck ist der Druck des Heizwassers bzw. der Druck des Heizkreises am Heizsystem. Der Systemdruck ist über eine Systemdruckermittlungseinheit des Heizsystems ermittelbar. Vorteilhaft ist die Systemdruckermittlungseinheit ein Sensor bzw. eine Sensoreinheit, welche im oder am Heizsystem angeordnet ist. Insbesondere kann die Systemdruckermittlungseinheit ein Manometer oder Drucksensor aufweisen
Die Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur wird manchmal auch als Spreizung bezeichnet. Die Maximaltemperaturdifferenz ist die maximal zulässige Spreizung bzw. Maximalspreizung.
Vorteilhaft wird die Maximaltemperaturdifferenz durch einen Controller des Heizsystems ermittelt. Beispielsweise kann der Controller die aktuell vorliegende Rücklauftemperatur empfangen und den aktuell vorliegenden Systemdruck empfangen und in Abhängigkeit davon die Maximaldifferenz ermittelt. Es ist auch denkbar, dass der Maximaltemperaturdifferenz ganz oder teilweise extern vom Heizsystem ermittelt wird, beispielsweise auf einem Server, insbesondere Cloud, auf einem mobilen oder stationären Endgerät wie beispielsweise einem Smartphone, Tablet, Heimcomputer, oder einen Wandcontroller. Vorteilhaft weist das Heizsystem eine Datenschnittstelle auf, beispielsweise einen Netzwerkanschluss oder ein Mobilfunkmodem, insbesondere zum Verbinden mit dem Internet, welche dazu vorgesehen, ist die zur Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz erforderlichen Daten, insbesondere die Rücklauftemperatur und den Systemdruck, zu versenden und welche dazu vorgesehen ist, die ermittelte Maximaltemperaturdifferenz zu empfangen.
Darunter, dass eine Maximaltemperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur und dem Systemdruck ermittelt wird, soll insbesondere verstanden werden, dass die Maximaltemperaturdifferenz auf Grundlage von der Rücklauftemperatur und von dem Systemdruck bestimmt wird bzw. dass der Wert der Rücklauftemperatur und der Wert des Systemdrucks als Parameter in die Berechnung der Maximaltemperaturdifferenz eingehen.
Vorteilhaft wird die Vorlauftemperatur soweit abgesenkt, bis die Temperaturdifferenz der Maximaltemperaturdifferenz entspricht oder diese unterschreitet. Dabei ist ein iteratives Vorgehen denkbar, bei welcher die Vorlauftemperatur schrittweise abgesenkt wird und nach jedem Schritt die Temperaturdifferenz ermittelt wird. Dabei wird die Vorlauftemperatur solange abgesenkt, bis die Temperaturdifferenz der Maximaltemperaturdifferenz entspricht oder diese unterschreitet. Es ist auch ein Absenken der Vorlauftemperatur nach Art eines Regelkreises denkbar, wobei die Vorlauftemperatur über einen die Vorlauftemperatur beeinflussenden Stellparameter, beispielsweise die Heizleistung, heruntergeregelt wird, so dass die Temperaturdifferenz als Regelgröße auf die Maximaltemperaturdifferenz als Sollwert geregelt wird.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens möglich.
Vorteilhaft kann die Vorlauftemperatur abgesenkt wird, indem eine aktuelle Heizleistung des Heizsystem abgesenkt wird. Dazu kann beispielsweise bei einem Gebläsebrenner die Drehzahl des Gebläses des Heizsystems reduziert werden und/oder in seiner maximalen Drehzahl begrenzt werden. Beispielsweise kann zum Absenken der Vorlauftemperatur die maximal mögliche Gebläsedrehzahl auf einen Wert zwischen 50% und 95% der vorher maximal zulässigen Gebläsedrehzahl abgesenkt werden, bevorzugt zwischen 60% und 90%, besonders bevorzugt zwischen 70% und 80%.
Es ist auch denkbar, dass die Heizleistung des Heizsystem abgesenkt wird, indem eine Gebläsedrehzahlkennlinie angepasst wird. Eine Gebläsedrehzahldrehlinie ordnet einer angeforderten Leistung eine dafür nötige Gebläsedrehzahl zu. Zur Absenkung der aktuellen Heizleistung kann beispielsweise die Gebläsedrehzahlkennlinie so angepasst werden, dass die einer gewünschten Heizleistung zugeordnete Gebläsedrehzahl einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Heizleistung des Heizsystems abgesenkt wird, indem das Heizsystem bzw. eine Verbrennung in einer Brennkammer des Heizsystems solange abgeschaltet wird, bevorzugt so lange abgeschaltet wird, bis die Vorlauftemperatur so weit abgesunken ist, dass die vorliegende Temperaturdifferenz unterhalb von der Maximaltemperaturdifferenz liegt.
Das Verfahren wird weiter verbessert, wenn die Maximaltemperaturdifferenz linear mit der Rücklauftemperatur abfällt. Das ermöglicht eine besonders einfache Berücksichtigung der vorliegenden Heizwassertemperatur. Darunter, dass die Maximaltemperaturdifferenz linear mit der Rücklauftemperatur abfällt, soll insbesondere verstanden werden, dass bei der Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz die Rücklauftemperatur zumindest für einen Teilbereich bzw. Teilintervall aller möglichen Rücklauftemperaturwerte linear mit einem negativen Proportionalitätsfaktor eingeht. In anderen Worten wird die Maximaltemperaturdifferenz mit einer Formel bzw. einem Ausdruck berechnet, welche bzw. welcher zumindest einen Rücklauftemperatur-Term aufweist, welcher durch die Rücklauftemperatur multipliziert mit einem negativen, bevorzugt dimensionslosen Proportionalitätsfaktor gebildet wird, zumindest auf einem Teilbereich bzw. Teilintervall aller möglichen Rücklauftemperaturwerte. Das bedeutet insbesondere, dass die Maximaltemperaturdifferenz zumindest auf dem Teilbereich bzw. Teilintervall der möglichen Rücklauftemperaturwerte kleiner wird, wenn die Rücklauftemperatur größer wird. Bevorzugt ist die Maximaltemperaturdifferenz monoton fallend mit der Rücklauftemperatur, d.h. die Maximaltemperaturdifferenz sinkt oder bleibt konstant, wenn die Rücklauftemperatur erhöht wird.
Das Verfahren wird ebenso verbessert, wenn die Maximaltemperaturdifferenz linear mit dem Systemdruck ansteigt. Das ermöglicht eine besonders einfache Berücksichtigung des vorliegenden Systemdrucks. Darunter, dass die Maximaltemperaturdifferenz linear mit dem Systemdruck ansteigt, soll insbesondere verstanden werden, dass bei der Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz der Systemdruck zumindest für einen Teilbereich bzw. ein Teilintervall aller möglichen Systemdruckwerte linear mit einem positiven Proportionalitätsfaktor eingeht. Anders formuliert wird die Maximaltemperaturdifferenz mit einer Formel bzw. mit einem Ausdruck berechnet, welche bzw. welcher zumindest einen Druck-Term aufweist, welcher durch den Systemdruck multipliziert mit einem positiven Proportionalitätsfaktor gebildet wird, zumindest auf einem Teilbereich bzw. Teilintervall aller möglichen Systemdruckwerte. Das bedeutet insbesondere, dass die Maximaltemperaturdifferenz zumindest auf dem Teilbereich bzw. Teilintervall der möglichen Systemdruckwerte größer wird, wenn der Systemdruck größer wird. Bevorzugt ist die Maximaltemperaturdifferenz monoton steigend mit dem Systemdruck, d.h. die Maximaltemperaturdifferenz steigt oder bleibt konstant, wenn der Systemdruck erhöht wird.
Der Druck-Term hat vorteilhaft die physikalische Einheit einer Temperatur, so dass der im Druck-Term stehende Proportionalitätsfaktor die physikalische Einheit einer Temperatur geteilt durch die physikalische Einheit eines Drucks aufweist. Wird beispielsweise die Maximaltemperaturdifferenz in der Einheit °C angegeben und der Systemdruck in der Einheit bar, so hat der Proportionalitätsfaktor die Einheit °C geteilt durch bar. Es ist aber auch denkbar, dass die Temperatur und/oder Druck in dimensionslosen Größen angegeben werden, also als reine Zahlenwerte ohne physikalische Einheit.
Es ist von Vorteil, wenn die Maximaltemperaturdifferenz aus der Summe aus einer konstanten Basistemperatur, einem Rücklauftemperaturbeitrag und einem Systemdruckbeitrag ermittelt wird, wobei sich als besonders vorteilhafte Wertebereich für die Basistemperatur Werte zwischen 40°C und 65°C, bevorzugt zwischen 45°C und 60°C, besonders bevorzugt zwischen 50°C und 55°C erwiesen haben.
Insbesondere wird der Rücklauftemperaturbeitrag in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur ermittelt. Vorteilhaft weist der Rücklauftemperaturbeitrag den Rücklauftemperatur-Term oder gleicht dem Rücklauftemperatur-Term.
Insbesondere wird der Systemdruckbeitrag in Abhängigkeit von dem Systemdruck ermittelt. Vorteilhaft weist der Systemdruckbeitrag den Druck-Term auf oder gleicht dem Druck-Term.
Als besonders vorteilhafte Parametrisierung hat es sich herausgestellt, wenn die Maximaltemperaturdifferenz linear von einer skalierten Rücklauftemperatur abhängt, wobei die skalierte Rücklauftemperatur ermittelt wird, indem die positive Rücklauftemperatur gemessen in °C mit einem mit einem negativen Temperaturfaktor zwischen -0,9 und -0,4, bevorzugt zwischen -0,8 und -0,5, besonders bevorzugt zwischen -0,7 und -0,6 multipliziert wird. Vorteilhaft entspricht der Rücklauftemperaturbeitrag und/oder der Rücklauftemperatur-Term der skalierten Rücklauftemperatur.
Eine weitere vorteilhafte Parametrisierung ist gegeben, wenn die Maximaltemperaturdifferenz linear von einem skalierten Systemdruck abhängt, wobei der skalierte Systemdruck ermittelt wird, indem der positive Systemdruck gemessen in bar mit einem positiven Druckfaktor zwischen 7°C/bar und 12°C/bar, bevorzugt zwischen 8°C/bar und 11°C/bar, besonders bevorzugt zwischen 9°C/bar und 10°C/bar multipliziert wird. Vorteilhaft entspricht der Systemdruckbeitrag und/oder der Druck-Term dem skalierten Systemdruck.
Das Verfahren wird besonders stabil und zuverlässig, wenn die Maximaltemperaturdifferenz nicht mehr als eine absolute Maximaltemperaturdifferenz beträgt, welche zwischen 25°C und 50°C, bevorzugt zwischen 30°C und 45°C, besonders bevorzugt zwischen 35°C und 40°C beträgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass nicht irrtümlich - beispielsweise durch eine fehlerhafte Messung - eine zu hohe Maximaltemperatur ermittelt wird. Auf diese Weise ist das Verfahren doppelt abgesichert gegen ein Kochen des Heizwassers. Es ist beispielsweise denkbar, dass zunächst eine vorläufige Maximaltemperaturdifferenz mit einer Formel berechnet wird, welche linear von der Rücklauftemperatur und linear von dem Systemdruck abhängt. Anschließend wird überprüft, ob die vorläufige Maximaltemperaturdifferenz kleiner ist als die absolute Maximaltemperaturdifferenz. Ist die vorläufige Maximaltemperaturdifferenz kleiner ist als die absolute Maximaltemperaturdifferenz, so ist die ermittelte Maximaltemperaturdifferenz gleich der vorläufig ermittelten Maximaltemperaturdifferenz. Ist die vorläufige Maximaltemperaturdifferenz größer als die absolute Maximaltemperaturdifferenz, so ist die ermittelte Maximaltemperaturdifferenz gleich der absoluten Maximaltemperaturdifferenz.
Es ist auch denkbar, dass die Maximaltemperaturdifferenz für vorher festgelegte Parameterbereiche der Rücklauftemperatur und/oder des Systemdrucks mit einer Formel ermittelt wird, welche linear von der Rücklauftemperatur und linear vom Systemdruck abhängt, wobei die Parameterbereiche so gewählt sind, dass die absolute Maximaltemperaturdifferenz nicht überschritten wird.
Von Vorteil ist auch eine Steuereinheit für ein Heizsystem, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausführbar ist.
Von Vorteil ist auch Heizsystem mit einer Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend eine Rücklauftemperaturermittlungseinheit, eine Vorlauftemperaturermittlungseinheit und eine Systemdruckermittlungseinheit. Ein solches Heizsystem hat den Vorteil, dass es durch eine hohe Maximaltemperaturdifferenz einen hohen Komfort bereitstellt, da stets ein schnelles Aufheizen möglich ist, und gleichzeitig ein sehr robustes und zuverlässiges Heizsystem bereitstellt, da trotz der hohen Maximaltemperaturdifferenz ein Aufkochen des Heizwassers verhindert wird und somit der Verschleiß des Heizsystems minimiert wird.

Zeichnungen

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Heizkreises mit einem Heizsystem welches zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung eingerichtet ist und
Figur 2 eine Illustration des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung

In den verschiedenen Ausführungsvarianten erhalten gleiche Teile die gleichen Bezugszahlen.
In Figur 1 ist ein Heizgerät 10 schematisch dargestellt, welches mit einen Heizkörper 12 einen Heizkreis bildet. Exemplarisch weist der Heizkreis einen Heizkörper 12 auf, je nach Bedarf kann der Heizkreis weitere Heizkörper und/oder Heizflächen aufweisen. Das Heizgerät 10 stellt heißes Heizwasser bereit, welches über eine Vorlaufleitung 14 zum Heizkörper transportiert wird. Im Heizkörper 12 wird die Wärme des Heizwassers an die Umgebung abgegeben. Das abgekühlte Heizwasser wird über eine Rücklaufleitung 16 zurück zum Heizgerät 10 transportiert, wo es wieder erwärmt werden kann.
Als wesentliche Komponenten kann das Heizgerät 10 insbesondere eine Wärmezelle, eine Steuereinheit, eine oder mehrere Pumpen sowie Verrohrungen auf. Auch bei den einzelnen Komponenten hängt deren Anzahl und Komplexität vom Ausstattungsgrad des Heizgeräts 10 ab, beispielsweise ist ein Heißwasserspeicher denkbar.
Die Wärmezelle weist bevorzugt einen Brenner, einen Wärmetauscher, ein Gebläse sowie ein Brennstoffventil auf. In Betrieb des Brenners ragt eine lonisationssonde in die Flamme am Brenner, welche insbesondere zur Flammenüberwachung vorgesehen ist. Mit Hilfe der lonisationssonde können weitere Flammenparameter ermittelt werden, beispielsweise ist es denkbar, dass über einen an der Flamme gemessenen lonisationsstrom der Lambdawert ermittelt wird, also das Brennstoff-Luft-Verhältnis der verbrannten Brennstoff-Luft-Mischung. Eine Gebläsedrehzahl des Gebläses ist variabel einstellbar. Die Gebläsedrehzahl wird vorteilhaft je nach Leistungsbedarf eingestellt. Insbesondere ist die pro Zeiteinheit durch das Gebläse beförderte Luftmenge proportional zur Heizleistung. Im Ausführungsbeispiel ist das Heizgerät 10 ein Gebläsebrenner.
Vorteilhaft wird der Brennstoff in einer Brennstoff-Luft-Mischeinrichtung, beispielsweise einem Venturi, in den vom Gebläse eingesaugten Luftstrom eingedüst. Vorteilhaft wird über das Brennstoffventil das gewünschte Brennstoff-Luft-Verhältnis eingestellt, um eine saubere Verbrennung zu gewährleisten und insbesondere Emissionen zu senken.
Die Steuereinheit weist beispielhaft einen Datenspeicher, eine Recheneinheit und eine Kommunikationsschnittstelle bzw. Datenschnittstelle auf. Über die Kommunikationsschnittstelle sind die Komponenten des Heizsystems ansteuerbar. Die Kommunikationsschnittstelle ermöglicht einen Datenaustausch mit externen Geräten. Externe Geräte sind beispielsweise Steuergeräte, Thermostate und/oder Geräte mit Computerfunktionalität, beispielsweise Smartphones.
Beispielsweise kann das Brennstoffventil als elektronisches Regelventil ausgebildet sein, welches über eine Datenverbindung mit der Steuereinheit verbunden ist. Auch die lonisationssonde kann über eine Datenverbindung mit der Steuereinheit verbunden sein. Auf diese Weise ist eine Regelung durch die Steuereinheit denkbar, bei welcher mit Hilfe der lonisationssonde das vorliegende Brennstoff-Luft-Verhältnis bestimmt wird und, falls notwendig, durch das elektronische Regelventil auf einen Sollwert angepasst wird.
Vorteilhaft ist das Gebläse über eine Datenverbindung mit der Steuereinheit verbunden. Über entsprechende Steuersignale ist die gewünschte Gebläsedrehzahl einstellbar. Beispielsweise ist in der Steuereinheit eine Gebläsedrehzahlkennlinie hinterlegt, welche einer gewünschten Heizleistung eine Gebläsedrehzahl zuordnet. Empfängt die Steuereinheit eine gewünschte Heizleistung, beispielsweise ausgelöst durch eine Raumtemperatureingabe an einem HMI, wird anhand der Gebläsedrehzahlkennlinie die notwendige Gebläsedrehzahl ermittelt und das Gebläse über die Datenverbindung entsprechend angesteuert.
Das Heizgerät 10 weist eine Rücklauftemperaturermittlungseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Rücklauftemperatur zu ermitteln. Beispielhaft weist die Rücklauftemperaturermittlungseinheit ein Thermoelement und eine Datenverbindung zur Steuereinheit auf. Die Rücklauftemperaturermittlungseinheit ist an einem internen Heizwasserrohr angeordnet, welches das über die Rücklaufleitung 16 zurück an das Heizgerät 10 strömende Heizwasser im Heizgerät 10 führt. Die Rücklauftemperaturermittlungseinheit ist dafür eingerichtet, in regelmäßigen Intervallen die aktuell vorliegende Rücklauftemperatur an die Steuereinheit zu senden.
Das Heizgerät 10 weist eine Vorlauftemperaturermittlungseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, die Vorlauftemperatur zu ermitteln. Beispielhaft weist die Vorlauftemperaturermittlungseinheit ein Thermoelement und eine Datenverbindung zur Steuereinheit auf. Die Vorlauftemperaturermittlungseinheit ist an einem internen Heizwasserrohr angeordnet, welches das im Heizgerät 10 erhitzte Heizwasser zur Vorlaufleitung 14 führt. Die Vorlauftemperaturermittlungseinheit ist dafür eingerichtet, in regelmäßigen Intervallen die aktuell vorliegende Vorlauftemperatur an die Steuereinheit zu senden.
Das Heizgerät 10 weist eine Systemdruckermittlungseinheit auf, welche dazu vorgesehen ist, den Systemdruck des Heizgeräts 10 bzw. des Heizwassers im Heizgerät 10 zu ermitteln. Die Systemdruckermittlungseinheit ist beispielhaft als Drucksensor ausgebildet und an einem internen Heizwasserrohr angeordnet. Die Systemdruckermittlungseinheit weist eine Datenverbindung zur Steuereinheit auf und ist dafür eingerichtet, in regelmäßigen Intervallen den aktuell vorliegenden Systemdruck an die Steuereinheit zu senden.
Unter regelmäßigen Intervallen soll in diesem Zusammenhang ein Zeitintervall von unter 1 Minute, bevorzugt unter 10 Sekunden, besonders bevorzugt unter 1 Sekunde verstanden werden. Auf diese Weise ist es möglich, schnell plötzliche Änderungen von Systemparametern zu erfassen und, falls notwendig, die notwendigen Maßnahmen einzuleiten.
Im Ausführungsbeispiel läuft auf der Steuereinheit ein Verfahren zur Regelung des Heizkreises, bei welchem die aktuell vorliegende Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur überwacht wird. Dazu wird aus den aktuell empfangenen gemessenen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur die Differenz gebildet, was die aktuell vorliegende Temperaturdifferenz definiert. Diese wird mit einer Maximaltemperaturdifferenz 22 verglichen, welche aus der aktuell vorliegenden Rücklauftemperatur und dem aktuell vorliegenden Systemdruck ermittelt wird.
Falls die aktuell vorliegende Temperaturdifferenz die Maximaltemperaturdifferenz 22 übersteigt, so wird die Vorlauftemperatur abgesenkt. Im Ausführungsbeispiel wird dazu beispielsweise schrittweise die Heizleistung bzw. Gebläsedrehzahl solange abgesenkt, bis die vorliegende Temperaturdifferenz unter die Maximaltemperaturdifferenz 22 fällt.
Im Ausführungsbeispiel wird die Maximaltemperaturdifferenz 22 aus der Summe aus einer Basistemperatur, einem Rücklauftemperaturbeitrag und einem Systemdruckbeitrag errechnet: ${dT}_{Max} = T_{B} + B (T_{Rück}) + B (p_{Sys}),$
wobei dT_Max die Maximaltemperaturdifferenz in °C ist, T_B die Basistemperatur, B(T_Rück) der Rücklauftemperaturbeitrag und B(p_Sys) der Systemdruckbeitrag. Beispielhaft beträgt die Basistemperatur T_B 50,3°C. Im Ausführungsbeispiel hängt der Rücklauftemperaturbeitrag linear mit der Rücklauftemperatur zusammen, beispielhaft wird der Rücklauftemperaturbeitrag ermittelt, indem die Rücklauftemperatur mit einem negativen Temperaturfaktor multipliziert wird: $B (T_{Rück}) = T_{Rück} \times T_{Rück},$
wobei T_Rück die ermittelte Rücklauftemperatur in °C ist und F_Rück der Temperaturfaktor, welcher beispielhaft den Wert -0,6 hat.
Im Ausführungsbeispiel hängt der Systemdruckbeitrag linear mit dem Systemdruck zusammen, beispielhaft wird der Systemdruckbeitrag ermittelt, indem der Systemdruck mit einem positiven Druckfaktor ermittelt wird: $B (p_{Sys}) = F_{p} \times p_{Sys,}$
wobei p_Sys der Systemdruck, ermittelt in der Einheit bar, ist und F_p der Druckfaktor, welcher beispielhaft den Wert 9°C/bar hat.
Nachdem die aktuelle Maximaltemperaturdifferenz 22 aus dem aktuellen Systemdruck und der aktuellen Rücklauftemperatur ermittelt wird, wird diese mit einer in der Steuereinheit hinterlegten absoluten Maximaltemperaturdifferenz 26 verglichen. Sollte die ermittelte aktuelle Maximaltemperaturdifferenz 22 den Wert der absoluten Maximaltemperaturdifferenz 26 übersteigen, wird der Wert der Maximaltemperaturdifferenz 22 auf den Wert der absoluten Maximaltemperaturdifferenz 26 gesetzt. Im Ausführungsbeispiel beträgt die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26 40°C. Die so ermittelte Maximaltemperaturdifferenz 22 wird von der Steuereinheit zur Überprüfung der aktuellen Temperaturdifferenz verwendet.
In Figur 2 ist der Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 als Funktion vom Systemdruck und der Rücklauftemperatur schematisch dargestellt. Auf der Abszissenachse 18 ist die Rücklauftemperatur abgebildet. Die Ordinatenachse 20 zeigt die Maximaltemperaturdifferenz 22. Die Graphen 28, 30, 32, 34 und 36 illustrieren den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur für jeweils unterschiedliche Systemdrücke. Für alle Systemdrücke fällt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear mit der Rücklauftemperatur ab, wobei die Maximaltemperaturdifferenz 22 für jeden Systemdruck mit der absoluten Maximaltemperaturdifferenz 26 beschränkt ist, welche im abgebildeten Ausführungsbeispiel 40°C beträgt.
Exemplarisch ist die Darstellung bei einer ersten Rücklauftemperatur 24 von 70°C abgeschnitten. Graph 28 zeigt den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 bei einem Systemdruck von 3,0 bar. Hier beträgt die Maximaltemperaturdifferenz 22 bei der ersten Temperatur 24 35,3°C. Mit sinkender Rücklauftemperatur steigt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear an und erreicht bei etwa 62,2°C die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26.
Graph 30 zeigt den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 bei einem Systemdruck von 2,0 bar. Hier beträgt die Maximaltemperaturdifferenz 22 bei der ersten Temperatur 24 26,3°C. Mit sinkender Rücklauftemperatur steigt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear an und erreicht bei etwa 47,2°C die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26.
Graph 32 zeigt den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 bei einem Systemdruck von 1,5 bar. Hier beträgt die Maximaltemperaturdifferenz 22 bei der ersten Temperatur 24 21,8°C. Mit sinkender Rücklauftemperatur steigt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear an und erreicht bei etwa 39,7°C die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26.
Graph 34 zeigt den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 bei einem Systemdruck von 1,0 bar. Hier beträgt die Maximaltemperaturdifferenz 22 bei der ersten Temperatur 24 17,3°C. Mit sinkender Rücklauftemperatur steigt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear an und erreicht bei etwa 32,2°C die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26.
Graph 36 zeigt den Verlauf der Maximaltemperaturdifferenz 22 bei einem Systemdruck von 0,5 bar. Hier hat die Maximaltemperaturdifferenz 22 bei der ersten Temperatur 24 den unteren Maximaltemperaturdifferenzwert 27 von 12,8°C. Mit sinkender Rücklauftemperatur steigt die Maximaltemperaturdifferenz 22 linear an und erreicht bei der zweiten Temperatur von etwa 24,7°C die absolute Maximaltemperaturdifferenz 26 vom 40°C.
Es ist auch eine mathematisch äquivalente alternative Darstellung der Maximaltemperaturdifferenz 22 möglich, bei welcher zur Ermittlung des Rücklauftemperaturbeitrags zunächst ein Temperaturoffset T_off von der Rücklauftemperatur subtrahiert wird und anschließend das Ergebnis der Subtraktion mit dem Temperaturfaktor multipliziert wird: $B (T_{Rück}) = F_{Rück} \times (T_{Rück} - T_{off}),$
wobei dann bei der Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz 22 gegebenenfalls die Basistemperatur T_B angepasst werden muss. Es ist auch eine mathematisch äquivalente alternative Darstellung der Maximaltemperaturdifferenz 22 denkbar, bei welcher zur Ermittlung des Systemdruckbeitrags zunächst ein Druckoffset p_off vom Systemdruck subtrahiert wird und anschließend das Ergebnis der Subtraktion mit dem Druckfaktor multipliziert wird: $B (p_{Sys}) = F_{p} \times (p_{Sys} - p_{off}),$
wobei dann ebenfalls bei der Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz 22 gegebenenfalls die Basistemperatur T_B angepasst werden muss. Es ist auch denkbar, dass der Ermittlung der Maximaltemperaturdifferenz 22 ein Temperaturoffset und ein Druckoffset berücksichtigt werden. Beispielsweise könnte im Ausführungsbeispiel der Temperaturoffset 80°C betragen, der Druckoffset könnte beispielsweise 0,8 bar betragen. Der entsprechend korrigierte Basistemperatur beträgt dann 9,5°C, falls der Temperaturfaktor den Wert -0,6 und der Druckfaktor den Wert 9°C/bar hat.

Claims

Verfahren zur Regelung eines Heizkreises eines Heizsystems (10), wobei eine Rücklauftemperatur des Heizkreises gemessen wird, ein Systemdruck des Heizkreises gemessen wird, in Abhängigkeit von der Rücklauftemperatur (TRück) und dem Systemdruck (pSys) eine Maximaltemperaturdifferenz (22, dTMax) ermittelt wird, wobei die Maximaltemperaturdifferenz (22) die maximal zulässige Temperaturdifferenz zwischen Rücklauftemperatur und einer Vorlauftemperatur des Heizkreises beschreibt, wobei eine Vorlauftemperatur des Heizkreises gemessen wird und daraus die vorliegende Temperaturdifferenz zwischen der Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur ermittelt wird und wobei die Vorlauftemperatur abgesenkt wird, falls die Temperaturdifferenz die Maximaltemperaturdifferenz (22) übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vorlauftemperatur abgesenkt wird, indem eine aktuelle Heizleistung des Heizsystem (10) abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22) linear mit der Rücklauftemperatur abfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22) linear mit dem Systemdruck ansteigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22, dTMax) aus der Summe aus einer konstanten Basistemperatur (TB), einem Rücklauftemperaturbeitrag (B(TRück)) und einem Systemdruckbeitrag (B(pSys)) ermittelt wird, wobei die Basistemperatur (TB) einen Wert zwischen 40°C und 65°C, bevorzugt zwischen 45°C und 60°C, besonders bevorzugt zwischen 50°C und 55°C aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22) linear von einer skalierten Rücklauftemperatur abhängt, wobei die skalierte Rücklauftemperatur ermittelt wird, indem die positive Rücklauftemperatur (TRück) gemessen in °C mit einem mit einem negativen Temperaturfaktor (FRück) zwischen 0,9 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,8 und 0,5, besonders bevorzugt zwischen -0,7 und -0,6 multipliziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22) linear von einem skalierten Systemdruck abhängt, wobei der skalierte Systemdruck ermittelt wird, indem der positive Systemdruck (pSys) gemessen in bar mit einem positiven Druckfaktor (Fp) zwischen 7°C/bar und 12°C/bar, bevorzugt zwischen 8°C/bar und 11°C/bar, besonders bevorzugt zwischen 9°C/bar und 10°C/bar multipliziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperaturdifferenz (22) nicht mehr als eine absolute Maximaltemperaturdifferenz (26) beträgt, welche zwischen 25°C und 50°C, bevorzugt zwischen 30°C und 45°C, besonders bevorzugt zwischen 35°C und 40°C beträgt.
Steuereinheit für ein Heizsystem (10), wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist, aufweisend eine Rücklauftemperaturermittlungseinheit, eine Vorlauftemperaturermittlungseinheit und eine Systemdruckermittlungseinheit.
Heizsystem (10) mit einer Steuereinheit nach Anspruch 9.