ES2863534T3 - Procedimiento para manejar un aparato de calefacción híbrido y aparato de calefacción híbrido - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para manejar un aparato de calefacción (1) híbrido, comprendiendo el aparato de calefacción (1) una primera fuente de calor (3) basada en la combustión de una mezcla de gas de combustión y aire, suministrándose la mezcla o el aire con un soplador (2), comprendiendo el aparato de calefacción (1) una segunda fuente de calor (4) basada en energía eléctrica, transfiriendo la primera (3) y la segunda fuente de calor (4) el calor a un medio de transferencia térmica líquido, el cual, mediante una bomba de recirculación (12) circula entre el aparato de calefacción (1) y uno o varios disipadores de calor (8, 9) en un circuito de calefacción (11), controlando un dispositivo de control (5) la primera (3) y la segunda fuente de calor (4) de tal modo que se satisface una demanda de calor predeterminada de los disipadores de calor (8, 9), y presentando la primera fuente de calor (3) una potencia mínima (P1,mín) y una potencia máxima (P1,máx), determinándose de manera continua la demanda de calor actual o un valor característico de la demanda de calor actual y manejándose la segunda fuente de calor (4) con la demanda de calor cuando la demanda de calor actual es inferior a la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3), o manejándose la primera fuente de calor (3) con la demanda de calor cuando la demanda de calor actual es superior o igual a la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3) o manejándose la primera fuente de calor (3) con la potencia máxima (P1,máx) y manejándose la segunda fuente de calor (4) con la diferencia entre la demanda de calor actual y la potencia máxima (P1,máx) de la primera fuente de calor (3) cuando la demanda de calor es superior a la potencia máxima (P1,máx) de la primera fuente de calor (3), caracterizado por que la demanda de calor actual se define a través de una temperatura de entrada teórica del medio de transferencia térmica y el dispositivo de control (5) ajusta de tal modo la potencia de la primera (3) o de la segunda fuente de calor (4), que la temperatura de entrada real se ajusta a la temperatura de entrada teórica, en donde en el caso de que la primera fuente de calor (3) se maneje con la potencia mínima (P1,mín) y la temperatura de entrada real esté al menos durante un primer espacio de tiempo de medición (Δt1) al menos a razón de una primera cantidad de diferencia (ΔT1) por encima de la temperatura de entrada teórica, se desconecta la primera fuente de calor (3) y se maneja la segunda fuente de calor (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para manejar un aparato de calefacción híbrido y aparato de calefacción híbrido
La invención se refiere a un procedimiento para manejar un aparato de calefacción híbrido, así como a un aparato de calefacción híbrido. Un aparato de calefacción híbrido en el sentido de esta invención es un aparato de calefacción, el cual genera calor tanto a partir de la combustión de una fuente energética fósil, como gas natural, como también a partir de una fuente de energía eléctrica, y lo pone a disposición para el calentamiento de un edificio.
En la mayoría de los casos los aparatos de calefacción trabajan de modo monovalente, es decir, el calor se toma únicamente de una fuente energética. Por motivos económicos y ecológicos, ésta es con frecuencia gas natural. Por motivos técnicos el intervalo entre potencia mínima y máxima está no obstante, limitado, dado que la velocidad de flujo requerida para la formación de la mezcla, del aire de combustión, es demasiado baja. En el documento de solicitud de patente EP2735793A2 esto se produce a través de características de dispositivo adicionales en la instalación de formación de mezcla.
Debido a ello bien es cierto que puede ampliarse el intervalo de modulación hacia abajo, es decir, en el intervalo de potencias bajas. Intervalos de modulación o relaciones de potencia entre potencia mínima y máxima de 1:20 son, según el estado de la técnica, valores muy buenos. Pese a ello, continúa existiendo la necesidad de aparatos de calefacción, los cuales cubran un intervalo aún menor.
Según la invención este objetivo se resuelve con un aparato de calefacción híbrido con un quemador según el estado de la técnica y un calentador eléctrico adicional según el procedimiento según la reivindicación 1.
Básicamente se conocen aparatos de calefacción o sistemas de calefacción híbridos del estado de la técnica. El documento de modelo de utilidad DE 9004025 U1 muestra un cartucho de calefacción eléctrico adicional integrado en un radiador. Se divulga que este cartucho de calefacción se pone en funcionamiento en caso de fallar el aparato de calefacción.
La publicación DE 3109990 A1 muestra un cartucho de calefacción comparable fuera del radiador, pero también fuera del aparato de calefacción. El documento DE 3109990 A1 enseña el uso del cartucho de calefacción eléctrico en caso de demanda de calefacción baja. Explícitamente se mencionan aquí la función de protección anticongelante en caso de ausencia o el manejo fuera de los periodos de calefacción normales. También en este caso está previsto un funcionamiento de o bien uno o bien el otro.
El documento DE 3325822 A1 muestra una caldera con instalación de calentamiento previo eléctrica. Ésta sirve para evitar condensación.
El documento de solicitud de patente EP 2189729 A2 divulga un procedimiento para el manejo de una instalación de calefacción con dos generadores de calor, uno para la carga mínima y uno para la carga pico. La invención se orienta a la coordinación de las potencias al conectarse el generador de calor de carga pico. El generador de calor de carga mínima es una bomba de calor y el generador de calor de carga pico es una caldera.
El documento de solicitud de patente EP 2615 385 A1 describe un procedimiento para regular un convertidor de energía para varios suministros de potencia de calor o de frío, para alimentar de modo eficiente energéticamente varios disipadores de calor.
En el documento de solicitud de patente CA 2901 659 A1 se divulga un calentador de agua caliente, el cual puede manejarse o bien con gas o bien de modo eléctrico.
De la publicación de divulgación DE 10 2004 029 376 A1 se conoce un aparato de calefacción con quemador e intercambiador de calor primario, en cuyo caso para la ampliación del intervalo de modulación a por debajo de la potencia mínima del quemador o adicionalmente a por encima del intervalo de potencia máximo, se maneja un calentador adicional eléctrico previsto en avance o retorno del medio de transferencia térmica. El calentador adicional se pone en funcionamiento tan pronto como la demanda de calor queda por debajo de la potencia mínima del quemador o supera la potencia máxima.
Es el objetivo de la invención la puesta a disposición de un procedimiento alternativo para manejar un aparato de calefacción con quemador y calentador adicional eléctrico para ampliar el intervalo de modulación. En particular ha de evitarse en la zona de paso una conmutación en una y otra dirección frecuente entre el quemador y el calentador adicional eléctrico.
La demanda de calor actual puede ser definida por ejemplo por una temperatura de entrada teórica del medio de transferencia térmica en el circuito de calefacción. En caso de flujo volumétrico constante del medio de transferencia térmica, es decir, en caso de velocidad de giro constante de la bomba de recirculación, existe una proporcionalidad directa entre la demanda de calor actual y la temperatura de entrada teórica. Según el estado de la técnica se determina la temperatura de entrada teórica en dependencia de la temperatura exterior y de la temperatura ambiente deseada en base a un modelo de edificio matemático (curvas de calefacción). Según el estado de la técnica, un aparato de calefacción adapta de tal modo su potencia mediante un regulador, que la temperatura de entrada real se corresponde con la temperatura de entrada teórica. Por lo tanto se lleva a cabo el procedimiento según la invención basándose en la temperatura de entrada. A este respecto no se maneja la primera fuente de calor por debajo de su potencia mínima. Para el caso de que esta potencia se encuentre por encima de la demanda de calor actual, esto conduce a un aumento de la temperatura de entrada real. Tan pronto como durante un determinado espacio de tiempo en caso de manejo con potencia mínima, la temperatura de entrada real se encuentre a razón de una determinada cantidad de diferencia por encima de la temperatura de entrada teórica, se desconecta la primera fuente de calor y se conecta la segunda fuente de calor, la cual alimenta ahora con calor los disipadores de calor. A este respecto continúa regulándose la temperatura de entrada.
En caso de aumentar ahora de nuevo la demanda de calor, entonces se lleva a cabo según la invención la conmutación a la primera fuente de calor según la reivindicación 2 o 3 según dos variantes de procedimiento alternativas. O bien se maneja la segunda fuente de calor con potencia máxima o mínima o una potencia ligeramente por encima de la potencia mínima de la primera fuente de calor. Una demanda de calor elevada conduce a una reducción de la temperatura de entrada, lo cual según el procedimiento que se ha descrito arriba, conduce a una superación de una determinada cantidad de diferencia durante un determinado espacio de tiempo. Esto conduce según la invención a que se desconecte la segunda fuente de calor y se conecte la primera fuente de calor. Alternativamente puede aumentarse también la potencia de la segunda fuente de calor más allá de la potencia mínima de la primera fuente de calor. En caso de manejarse la segunda fuente de calor durante un determinado espacio de tiempo con una potencia por encima de la potencia mínima de la primera fuente de calor, esto conduce según la invención a la desconexión de la segunda fuente de calor y a la conexión de la primera fuente de calor. Las cantidades de diferencia de las temperaturas de entrada son preferentemente inferiores a 1 K, de manera particularmente preferente inferiores a 0,5 K.
Los espacios temporales de medición, dentro de los cuales el desvío de temperatura de la temperatura de entrada real ha de ser mayor a la cantidad de diferencia, para dar lugar a una conmutación de la fuente de calor, es preferentemente al menos la duración de circulación del medio de transferencia térmica en el circuito de calefacción. Con duración de circulación se entiende la duración, la cual es necesaria para una recirculación completa del medio de transferencia térmica en el circuito de calefacción. Este tiempo depende del flujo volumétrico de la bomba de recirculación y del volumen total del circuito de calefacción.
La potencia mínima y la potencia máxima de la primera fuente de calor se determinan mediante magnitudes de medición, las cuales son conocidas ya de por sí en el sistema. Éstas son la velocidad de giro del soplador, un flujo de masa de aire calculado a partir de la velocidad de giro del soplador y la absorción de corriente del soplador, un flujo de masa de aire medido a través de un sensor de flujo volumétrico o de masa.
Un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento está protegido según la reivindicación de dispositivo independiente.
La invención se explica ahora en detalle mediante las figuras.
Representan:
La figura 1: un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según la invención (estado de la técnica) Las figuras 2, 3: un desarrollo de potencia de la primera y segunda fuente de calor y desarrollo de desvío de temperatura de entrada mientras se lleva a cabo del procedimiento según la invención
La figura 1 muestra un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento según la invención. El aparato de calefacción 1 comprende la primera fuente de calor 3 y la segunda fuente de calor 4. La primera fuente de calor 3 es un quemador de funcionamiento con gas de combustión, al cual se suministra a través de un soplador 2 una mezcla de gas de combustión y aire. A través de un tubo de gas de escape no representado aquí, se evacúan los gases de escape. En la fuente de calor 3 se transfiere el calor resultante de la combustión a un medio de transferencia térmica, que circula en un circuito de calefacción 11 con la ayuda de una bomba de recirculación 12. A este respecto el medio de transferencia térmica transfiere el calor a un disipador de calor 8, por ejemplo una calefacción para un edificio o a un disipador de calor 9, por ejemplo un acumulador de agua caliente para agua de abastecimiento. A través de una válvula de tres vías 12, el circuito de calefacción 11 puede ajustarse de tal modo que el medio de transferencia térmica calentado se conduzca o bien a través del disipador de calor 8 o a través del intercambiador de calor secundario 6, el cual transfiere el calor al acumulador de agua caliente del disipador de calor 9.
En dirección de flujo del medio de transferencia térmica hay dispuesta tras la primera fuente de calor 3, una segunda fuente de calor 4. En el presente caso se trata de una calefacción eléctrica en forma, por ejemplo, de un cartucho de calefacción, que es bañado por el medio de transferencia térmica. La segunda fuente de calor 4 puede transferir de manera alterna o junto con la primera fuente de calor 3, calor al medio de transferencia térmica. Un dispositivo de control 5 controla a través del soplador 2 la fuente de calor 3, así como la fuente de calor 4. Además de ello, a través del sensor de temperatura de entrada 13, se encuentra a disposición del dispositivo de control 5 la información sobre la temperatura de entrada actual. El dispositivo de control 5 está configurado además de ello para predeterminar a través de un palpador de temperatura exterior 7, la temperatura ambiente deseada y un modelo matemático del edificio, la demanda de calor actual. Esto puede ocurrir por ejemplo, en forma de una temperatura de entrada teórica. Mediante comparación con la temperatura de entrada real, medida mediante el sensor de temperatura de entrada, pueden controlarse la primera fuente de calor 3 y la segunda fuente de calor 4.
A este respecto la primera fuente de calor 3 está configurada de tal modo que dispone de una potencia mínima y de una potencia máxima. La fuente de calor 3 no puede suministrar calor por debajo de la potencia mínima, sin ser desconectada periódicamente. Por esta razón está conectada en línea detrás de la primera fuente de calor 3, la segunda fuente de calor 4, la cual, con la ayuda de energía eléctrica puede calentar el medio de transferencia térmica con potencias reducidas.
Es posible además de ello, manejar simultáneamente la primera fuente de calor 3 y la segunda fuente de calor 4, para alta demanda de calor.
Las figuras 2 y 3 muestran mediante desarrollos representados gráficamente de demanda de calor 101, desvío de la temperatura de entrada 102 y potencias de calentamiento 103, 104 de la primera 3 y segunda fuente de calor 4. Las figuras 2 y 3 se diferencian por diferentes variantes de procedimiento de conmutación de la segunda fuente de calor 4 a la primera fuente de calor 3 en el momento t4. A continuación se describen conjuntamente las figuras 2 y 3 y se indican diferencias.
La descripción se produce a partir de una demanda de calor 101 que se encuentra en primer lugar por encima de la potencia mínima P1,mín y por debajo de la potencia máxima P2,máx de la primera fuente de calor 3. La demanda de calor se cubre en primer lugar exclusivamente a través de la primera fuente de calor 3. La demanda de calor desciende en primer lugar de forma continua. En el momento t1 la demanda de calor queda por debajo de la potencia mínima P1,mín de la primera fuente de calor 3. La potencia de la primera fuente de calor 3 no puede continuar reduciéndose, de modo que el desvío de la temperatura de entrada aumenta lentamente. La temperatura de entrada supera una primera cantidad de diferencia AT1. Después de presentarse esta primera cantidad de diferencia AT1 durante un espacio de tiempo mínimo At1, se reconoce en el momento t2 que durante una determinada duración At1 se presenta una demanda de calor más reducida. La primera fuente de calor 3 se desconecta, el desarrollo del grafo 103 cae a cero. Al mismo tiempo se pone en funcionamiento la segunda fuente de calor 4, de modo que el grafo 104 sube desde cero. Dado que ya existe un exceso de temperatura de la temperatura de entrada, la potencia de la segunda fuente de calor 4 se aproxima solo lentamente al desarrollo de la demanda de calor.
Los valores umbral descritos en forma del primer espacio de medición At1 y la primera cantidad de diferencia AT1, sirven para asegurar que la conmutación de la primera fuente de calor 3 a la segunda fuente de calor 4 se produce únicamente cuando la demanda de calor 101 ha descendido de modo seguro. De este modo se evita en la zona de paso una conmutación en una y otra dirección frecuente entre las fuentes de calor 3 y 4.
La demanda de calor 101 aumenta de nuevo tras ello y supera en el momento t3 la potencia mínima de la primera fuente de calor. En el procedimiento mostrado en la figura 2 la potencia máxima de la segunda fuente de calor está limitada a la potencia mínima de la primera fuente de calor. Alternativamente es también posible prever una limitación de potencia apenas por encima, por ejemplo en 110 % de la potencia mínima P1,mín de la primera fuente de calor 3. De modo análogo al procedimiento que se ha descrito arriba en los momentos t1 y t2, se espera también en primer lugar en el caso de los momentos t3 y t4 un determinado tiempo, en el cual la temperatura de entrada real queda por debajo de la temperatura de entrada teórica a razón de la cantidad de diferencia AT2. Entonces se desconecta en el momento t4 la segunda fuente de calor 4, de modo que el grafo 104 cae a cero. Al mismo tiempo se conecta de nuevo la primera fuente de calor, de modo que el grado 103 sube desde cero y se dispara en primer lugar más allá del desarrollo del grafo de la demanda de calor 101, para compensar el desvío de la temperatura de entrada. A continuación el grafo 103 de la potencia de calentamiento de la primera fuente de calor 3 sigue al grafo 101 de la demanda de calor.
Desviándose de ello, en el desarrollo mostrado en la figura 3, de la potencia de calentamiento de la segunda fuente de calor, se hace seguir esta potencia de calor también en lo sucesivo de la demanda de calor 101. Tras el tercer espacio de tiempo mínimo At3 se detecta la demanda de calor aumentada, y tal como en la figura 2, se desconecta en el momento t4 la segunda fuente de calor 4 y se conecta la primera fuente de calor 3.
Finalmente, en el momento t5, la demanda de calor 101 supera la potencia máxima P1,máx de la primera fuente de calor 3. En un perfeccionamiento opcional de la invención se maneja ahora adicionalmente a la primera fuente de calor 3, la segunda fuente de calor 4, lo cual puede verse en el grafo 104 en ascenso. A este respecto, las potencias 103 de la primera fuente de calor 3 y 104 de la segunda fuente de calor 4, cubren en suma la demanda de calor 101.
Lista de referencias
1 Aparato de calefacción
2 Soplador
3 Primera fuente de calor
4 Segunda fuente de calor
5 Dispositivo de control
6 Intercambiador de calor secundario
7 Palpador de temperatura exterior
8 Calefacción de disipador de calor
9 Acumulador de agua caliente de disipador de calor
10 Válvula de tres vías
11 Circuito de calefacción
12 Bomba de recirculación
13 Sensor de temperatura de entrada
101 Demanda de calor
102 Desvío de la temperatura de entrada
103 Potencia de calentamiento de la primera fuente de calor 104 Potencia de calentamiento de la segunda fuente de calor P1,mín Potencia mínima de la primera fuente de calor
P1 ,máx Potencia máxima de la primera fuente de calor
AT1 Primera cantidad de diferencia de la temperatura de entrada AT2 Segunda cantidad de diferencia de la temperatura de entrada At1 Primer espacio de tiempo de medición
At2 Segundo espacio de tiempo de medición
At3 Tercer espacio de tiempo de medición
t1 - t5 Momento

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para manejar un aparato de calefacción (1) híbrido, comprendiendo el aparato de calefacción (1) una primera fuente de calor (3) basada en la combustión de una mezcla de gas de combustión y aire, suministrándose la mezcla o el aire con un soplador (2), comprendiendo el aparato de calefacción (1) una segunda fuente de calor (4) basada en energía eléctrica, transfiriendo la primera (3) y la segunda fuente de calor (4) el calor a un medio de transferencia térmica líquido, el cual, mediante una bomba de recirculación (12) circula entre el aparato de calefacción (1) y uno o varios disipadores de calor (8, 9) en un circuito de calefacción (11), controlando un dispositivo de control (5) la primera (3) y la segunda fuente de calor (4) de tal modo que se satisface una demanda de calor predeterminada de los disipadores de calor (8, 9), y presentando la primera fuente de calor (3) una potencia mínima (P1,mín) y una potencia máxima (P1,máx), determinándose de manera continua la demanda de calor actual o un valor característico de la demanda de calor actual y manejándose la segunda fuente de calor (4) con la demanda de calor cuando la demanda de calor actual es inferior a la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3), o manejándose la primera fuente de calor (3) con la demanda de calor cuando la demanda de calor actual es superior o igual a la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3) o manejándose la primera fuente de calor (3) con la potencia máxima (P1,máx) y manejándose la segunda fuente de calor (4) con la diferencia entre la demanda de calor actual y la potencia máxima (P1,máx) de la primera fuente de calor (3) cuando la demanda de calor es superior a la potencia máxima (P1,máx) de la primera fuente de calor (3), caracterizado por que la demanda de calor actual se define a través de una temperatura de entrada teórica del medio de transferencia térmica y el dispositivo de control (5) ajusta de tal modo la potencia de la primera (3) o de la segunda fuente de calor (4), que la temperatura de entrada real se ajusta a la temperatura de entrada teórica, en donde en el caso de que la primera fuente de calor (3) se maneje con la potencia mínima (P1,mín) y la temperatura de entrada real esté al menos durante un primer espacio de tiempo de medición (At1) al menos a razón de una primera cantidad de diferencia (AT1) por encima de la temperatura de entrada teórica, se desconecta la primera fuente de calor (3) y se maneja la segunda fuente de calor (4).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la segunda fuente de calor (4) se maneja como máximo con una potencia igual o por encima de la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3) y que en el caso de que la segunda fuente de calor (4) se maneje con la potencia máxima y la temperatura de entrada real esté al menos durante un segundo espacio de tiempo de medición (At2) al menos a razón de una segunda cantidad de diferencia (AT2) por debajo de la temperatura de entrada teórica, se desconecta la segunda fuente de calor y se maneja la primera fuente de calor (3).
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que en el caso de que la segunda fuente de calor (4) se maneje con una potencia durante un tercer espacio de tiempo de medición (At3) por encima de la potencia mínima (P1,mín) de la primera fuente de calor (3), se desconecta la segunda fuente de calor (4) y se maneja la primera fuente de calor.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la primera y/o la segunda cantidad de diferencia (AT1, AT2) es inferior a 1 K.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la primera y/o la segunda cantidad de diferencia (AT1, AT2) es inferior a 0,5 K.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el primer (At1) y/o segundo (At2) y/o tercer espacio de tiempo de medición (At3) es al menos la duración de circulación del medio de transferencia térmica en el circuito de calefacción (11).
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la potencia mínima (P1,mín) o potencia máxima (P1,máx) de la primera fuente de calor (3) se determina a través de la velocidad de giro del soplador (2), a través de un valor característico de flujo de masa formado a partir de velocidad de giro y absorción de potencia del soplador (2) o a través de un flujo de volumen o de masa medido mediante un sensor de flujo de volumen o de masa, del aire, del gas o de la mezcla de gas y aire.
8. Aparato de calefacción (1) híbrido con una primera fuente de calor (3) basada en la combustión de una mezcla de gas de combustión y aire, suministrándose la mezcla o el aire con un soplador (2) y presentando la primera fuente de calor (3) una potencia mínima (P1,mín) y una potencia máxima (P1,máx), con una segunda fuente de calor (4) basada en energía eléctrica, transfiriendo la primera (3) y la segunda fuente de calor (4) el calor a un medio de transferencia térmica líquido, con una bomba de recirculación (12), la cual durante el funcionamiento hace circular el medio de transferencia térmica entre el aparato de calefacción (1) y uno o varios disipadores de calor (8, 9) que pueden ser conectados al aparato de calefacción (1) en un circuito de calefacción (11), y con un dispositivo de control (5), el cual controla la primera (3) y la segunda fuente de calor (4), estando dispuesta la segunda fuente de calor (4) en el circuito de calefacción (11) en dirección de transporte de la bomba de recirculación (12) en línea detrás de la primera fuente de calor (3), caracterizado por que el dispositivo de control (5) está configurado de tal modo que lleva a cabo el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7.
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