NL8601022A - Werkwijze voor het afhankelijk van het vermogen bestuurd in bedrijf stellen resp. uitschakelen van verwarmingsketels. - Google Patents

Description

NL 33.315-dV/lb » =

Werkwijze voor het afhankelijk van het vermogen bestuurd in bedrijf stellen resp. uitschakelen van verwarmingsketels.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het afhankelijk van het vermogen bestuurd in bedrijf stellen resp. uitschakelen van verwarmingsketels, die elk zijn aangesloten op een gemeenschappelijke verzamelafvoerleiding en 5 een verzamelretourleiding van een verwarmingsnet.

Er zijn werkwijzen voor het bij- en uitschakelen van warmte-opwekkers bekend, waarbij het benodigde schakelcrite-rium wordt afgeleid uit de afwijkingen van de toevoertemperatuur van de gewenste waarde (Duits octrooischrift 3.112.220).

10 Daarbij wordt niet gewaarborgd, dat elke verwarmingsketel zoveel mogelijk in zijn optimaal werkgebied kan functioneren.

Het rendement van een verwarmingsketel neemt in het algemeen af met lager wordende ketelbelasting, doch er zijn verwarmingsketels, waarbij het grootste rendement beneden de volle 15 belasting wordt bereikt, terwijl bij volle belasting het rendement weer kleiner is.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen, waarbij ten minste twee verwarmingsketels ten aanzien van het energieverbruik optimaal bij- of uitgeschakeld kunnen wor-20 den.

Hiertoe heeft de werkwijze volgens de uitvinding het kenmerk, dat uit het produkt van het van elke verwarmingsketel bekende maximale vermogen en de doorlopend gemeten inschakel verhouding van de betreffende brander een totale ver-25 mogensbalans wordt bepaald en op basis hiervan verwarmingsketels worden bijgeschakeld resp. uitgeschakeld.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld is weergegeven , 30 Twee hydraulisch parallel geschakelde verwarmings ketels HK1 en HK2 zijn aangesloten op een gemeenschappelijke verzamelafvoerleiding 1 en een verzamelretourleiding 2 van een niet nader weergegeven verwarmingsnet. In een retourlei-ding 3 van de eerste verwarmingsketel HK1 zijn een eerste 35 driewegmenger 4 en een eerste circulatiepomp 5 ingebouwd.

Vanaf de driewegmenger 4 loopt een eerste omloopleiding 6 naar een afvoerleiding 7 van de verwarmingsketel HK1, waarbij de - V λ - * ? .-2- driewegmenger 4 hydraulisch zo is geschakeld, dat hij in zijn ene eindstand de toevoer uit de verzamelretourleiding 2 en in zijn tweede eindstand de omloopleiding 6 blokkeert. Is de verwarmingsketel HK1 niet in bedrijf, dan is de toevoer 5 uit de verzamelretourleiding 2 afgesloten en de circulatie- pomp 5 uitschakeld. De tweede verwarmingsketel HK2 is parallel geschakeld aan de eerste verwarmingsketel HK1 en de configuratie komt overeen met die van de verwarmingsketel HK1. In een retourleiding 8 van de verwarmingsketel HK2 zijn een 10 tweede driewegmenger 9 en een tweede circulatiepomp 10 ingebouwd. Vanaf de tweede driewegmenger 9 loopt een tweede omloopleiding 11 naar een afvoerleiding 12 van de verwarmingsketel HK2, waarbij de tweede driewegmenger 9 hydraulisch analoog aan de eerste driewegmenger 4 zo is geschakeld, dat 15 hij in zijn ene eindstand de toevoer van de verzamelretourleiding 2 en in zijn tweede eindstand de omloopleiding 11 blokkeert. Is de verwarmingsketel HK2 niet in bedrijf, dan is de toevoer uit de verzamelretourleiding 2 afgesloten en de circulatiepomp 10 uitgeschakeld.

20 De afvoerleiding 7 van de verwarmingsketel HK1 en de afvoerleiding 12 van de verwarmingsketel HK2 monden uit in de verzamelafvoerleiding 1; de verzamelretourleiding 2 vertakt zich in de retourleiding 3 van de verwarmingsketel HK1 en de retourleiding 8 van de verwarmingsketel HK2.

25 In de verwarmingsketel HK1 zijn een eerste brander 13 alsmede een eerste keteltemperatuurvoeler 14 ingebouwd, op analoge wijze zijn in de verwarmingsketel HK2 een tweede brander 15 en een tweede keteltemperatuurvoeler 16 ingebouwd. Op de retourleiding 3 van de verwarmingsketel HK1 30 is bovendien een eerste retourtemperatuurvoeler 17 gemonteerd, op de retourleiding 8 van de verwarmingsketel HK2 een tweede retourtemperatuurvoeler 18.

Een besturingsapparaat 19 omvat een computer 20, alsmede de benodigde in- en uitgangen voor de meetwaarderegistra-35 tie en voor het geven van de benodigde bevelen. Voorts bezit het apparaat twee aansluitingen 21 voor een voedingsspanning.

Met streeplijnen zijn elektrische verbindingen van het besturingsapparaat 19 met de afzonderlijke apparaten ge-40 tekend. Via een eerste besturingsleiding 22 kan de circula- .....

- 3 - ί « tiepomp 5 in- of uitgeschakeld worden, via een tweede be-sturingsleiding 23 de circulatiepomp 10. Via een eerste meet-leiding 24 resp. een tweede meetleiding 25 worden de door de retourtemperatuurvoelers 17 resp. 18 gemeten temperaturen 5 aan het besturingsapparaat 19 geleverd. Een verdere bestu-ringsleiding 26 levert de besturingssignalen van het besturingsapparaat 19 aan een eerste mengeraandrijving 27, die de driewegmenger 4 bestuurt. Analoog hiermede levert een verdere besturingsleiding 28 de besturingssignalen van het bestu-10 ringsapparaat 19 aan een tweede, de driewegmenger 9 besturende mengeraandrijving 29. Verdere meetleidingen 30 en 31 geven de door de keteltemperatuurvoelers 14 resp. 16 gemeten temperaturen door aan het besturingsapparaat 19. Via een andere besturingsleiding 32 levert het besturingsapparaat 19 15 bevelen aan de brander 13; door middel van een eerste bericht-leiding 33 deelt de brander 13 aan het besturingsapparaat 19 mede, of hij in bedrijf is of niet. Op overeenkomstige wijze is de brander 15 verbonden met het besturingsapparaat 19 door een verdere besturingsleiding 34 en een tweede berichtlei-20 ding 35.

De hier te beschrijven werkwijze voor het afhankelijk van het vermogen bestuurd in bedrijf stellen resp. uitschakelen van verwarmingsketels is niet alleen voor een installatie volgens fig. 1 toepasbaar, maar bovendien zowel voor 25 ketelcascade-installaties met meer dan twee verwarmingsketels als voor installaties met afwijkende hydraulische schakeling.

Elke combinatie van verwarmingsketel en brander kan bij doorlopend bedrijf een bepaald maximaal vermogen afgeven.

30 De grootte hiervan wordt in de computer 20 ingevoerd als parameter, bijvoorbeeld in de vorm van een potentiometerinstelling. Het is echter ook mogelijk in plaats van het maximaal vermogen van elke ketel de verhouding van de. maximale vermogens van de geïnstalleerde ketels in te voeren. Voorts 35 is het mogelijk, dat men de computer 20 zo uitvoert, dat deze op grond van het bij- en uitschakelen van de afzonderlijke verwarmingsketels en de daaruit resulterende vermogensbalan-sen automatisch adapterend in een leerproces de verhouding van de maximale vermogens van de verwarmingsketels leert.

40 Bij een gegeven belasting in het verwarmingscircuit - 4 - • · wordt de brander 13 resp. 15 van de in bedrijf zijnde verwarmingsketel HK1 resp. HK2 - of eventueel ook beide - door het besturingsapparaat 19 met een met de belasting overeenkomende inschakelverhouding ε in- en uitgeschakeld. Het besturings-5 apparaat 19 kan uit de op de berichtleidingen 33 en 35 aanwezige informatie over het feit of de branders 13 resp. 15 in bedrijf zijn, voor de brander 13 de inschakelverhouding ε1 en voor de brander 15 de inschakelverhouding ε2 bepalen. Uit het produkt van het van elke verwarmingsketel HK1, HK2 beken-10 de maximale vermogen en de doorlopend bepaalde inschakel-verhoudingen ε1 voor de brander 13 resp. ε2 voor de brander 15 wordt periodiek bij benadering het momentele vermogen bepaald. Daaruit wordt een totale vermogensbalans vastgesteld, hetgeen zo dient te worden begrepen, dat het momenteel be-15 nodigde vermogen wordt vergeleken met de vermogenscapaciteit van de afzonderlijke verwarmingsketels. Aan de hand van deze vergelijking kan de computer 20 rekening houdende met het uit energie-oogpunt optimale omschakelpunt, beslissen of een verwarmingsketel bij- of uitgeschakeld dient te worden.

20 Het uit energie-oogpunt optimale omschakelpunt kan op bekende wijze worden berekend uit de brandstofbehoefte-kromme van de afzonderlijke verwarmingsketels en de ketelcombinatie.

Het bijschakelen van een verwarmingsketel is slechts 25 dan zinvol, wanneer de belasting na het bijschakelen gedurende langere tijd zo hoog is, dat de energiewinst door het hogere rendement na het bij schakelen van een verwarmingsketel groter is dan de benodigde energie voor het opwarmen van de bij te schakelen verwarmingsketel. Teneinde de waarschijn-30 lijkheid te verkleinen, dat een verwarmingsketel reeds bij een slechts kort durende belastingsverhoging wordt bijgeschakeld, moet een relatief lange bijschakel-wachttijd worden gekozen, gedurende welke de belasting boven het uit energie-oogpunt optimale omschakelpunt moet zijn geweest, voordat een 35 volgende verwarmingsketel wordt bijgeschakeld.

Bij het uitschakelen van eên verwarmingsketel moet anderzijds de belasting gedurende een afschakel-wachttijd onder het energie - optimale omschakelpunt zijn geweest, voordat de verwarmingsketel wordt uitgeschakeld.

40 De computer 20 kan het bij- of uitschakelen van de ver- * / * « 1 - 5 - ' warmingsketels volgens een vastgelegde volgorde doen plaatsvinden. Het is echter ook mogelijk de computer 20 zo te programmeren, dat hij op grond van de totale vermogensbalans die verwarmingsketel kiest, welke de warmtebehoefte gedurende 5 langere tijd met het grootst mogelijke rendement kan opleveren. Bij installaties met meer dan twee verwarmingsketels kan de computer 20 rekening houdende met het grootst mogelijke rendement ook meer dan één verwarmingsketel bij- of uitschakelen.

Voor een energie-optimaal bedrijf moet met het verloop 10 van het ketelrendement als functie van de belasting van elke verwarmingsketel rekening worden gehouden. Het rekening houden met het verloop van het rendement van de afzonderlijke verwar-mingketels kan op verschillende manieren plaatsvinden. Het is mogelijk in een aan de computer 20 toegevoegd geheugen het 15 verloop van de rendementskrommen als functie van de belasting vast te leggen, bijvoorbeeld zodanig dat voor elke verwarmingsketel een aantal waardeparen wordt vastgelegd, waartussen de computer 20 kan interpoleren. De computer 20 kan uit de rendementskrommen van de afzonderlijke verwarmingsketels de energie-20 optimale omschakelpunten zelf berekenen. Een andere oplossing bestaat hierin, uit de gegevens van de geïnstalleerde verwarmingsketels op bekend wijze de energie-optimale omschakelpunten voor de afzonderlijke verwarmingsketels voor in bedrijf stelling van de installatie te berekenen en in de com-25 puter 20 resp. het geheugen hiervan deze energie-optimale omschakelpunten in te voeren.

De relatief lange bijschakel-wachttijd moet dan als te lang worden beschouwd, wanneer de in bedrijf zijnde verwarmingsketel op"volle belasting werkt en de vermogensbehoefte 30 niet meer kan dekken. Bij bedrijf bij volle belasting wordt derhalve in plaats van de bijschakel-wachttijd in een blok-keertermijn voorzien, die aanmerkelijk korter is teneinde te waarborgen dat de vereiste afvoertemperatuur wordt aangehouden.

35 Aangezien in een verwarmingscircuit tijdelijk grote belastingen kunnen optreden, bijvoorbeeld in het geval, waarin van een nachtprogramma met verlaagde ruimtetemperatuur wordt omgeschakeld op een dagprogramma met aan de behaaglijkheid aangepaste ruimtetemperatuur, is het in vele gevallen 40 niet zinvol slechts voor het dekken van deze kortdurende be- “ - 6 - lastingspieken een volgende verwarmingsketel, in het geval van een installatie met meer dan twee ketels zelfs meerdere, in bedrijf te stellen. Een dergelijke belastingspiek komt tot uitdrukking in het beneden de gewenste afvoertemperatuur 5 komen en kan bovendien ook daaraan worden herkend, dat de momenteel in bedrijf zijnde verwarmingsketel op volle belasting draait. Voor het geval dat de temperatuur beneden de gewenste afvoertemperatuur komt, is voorzien in de blokkeer-termijn, die voorlopig een bij schakelen van een volgende ver-10 warmingsketel verhindert. Voor dit doel kan de keteltempera-tuur van de in bedrijf zijnde verwarmingsketel of de temperatuur bij de gemeenschappelijke afvoerleiding 1,indien daar een temperatuurvoeler is aangebracht, worden gemeten en een bij schakelen van een volgende verwarmingsketel na afloop van 15 de blokkeertermijn dan worden verhinderd, wanneer het verloop in de tijd van het beneden de gewenste temperatuur komen van de temperatuur zo is, dat binnen een vooraf bepaalde tijd de gewenste waarde vermoedelijk weer zal zijn bereikt.

Het is van voordeel het verloop van de 20 temperatuur gedurende de bijschakel-blokkeertermijn periodiek te detecteren. Naar mate de werkelijke waarde van de afvoer-resp. keteltemperatuur beneden de gewenste waarde komt, des te korter wordt de blokkeertermijn; naar mate het verschil tussen de gewenste en werkelijke waarde kleiner wordt, des 25 te groter wordt de blokkeertermijn. De blokkeertermijn wordt derhalve variabel.

Voorts is het economisch van voordeel voor de bijscha-kelbeslissing ook rekening te houden met de temperatuur van de eventueel in bedrijf te stellen verwarmingsketel. Bijge-30 volg is zowel de blokkeertermijn als de bijschakel-wachttijd tevens afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de in bedrijf zijnde verwarmingsketel en de bij te schakelen verwarmingsketel. Blokkeertermijn en bijschakel-wachttijd zijn kleiner naar mate dit temperatuurverschil kleiner is. Daar-35 door wordt bereikt, dat een nog warme verwarmingsketel sneller weer wordt bijgeschakeld dan een geheel afgekoelde ketel.

Zoals in het voorgaande is beschreven, zijn voor het bepalen van het ketelvermogen.de inschakeJLverhoudingen ε1 , ε2 van de branders 13, 15 nodig. Daarbij is van belang als bereke-40 ningsgrondslag steeds de nieuwste waarde van de inschakelver- * « \

“ / J

* · Sm* m-Λ - 7 - houdingen ε1, ε2 ter beschikking te hebben. De inschakelver-houdingen ε1, e2 worden derhalve voortdurend vastgesteld aan de hand van de duur van de beide het laatst verstreken bedrijfs-toestanden van de brander resp. de branders, d.w. z. uit een 5 in-uit-cyclus, volgens de formule tijd (in) ε = -— tijd(in) + tijd(uit)

De laatst bepaalde waarden van ε1 en ε2 worden als berekenings-10 grondslag tot de eerstvolgende schakelgebeurtenis vastgehouden, doch hoogstens zo lang tot de uit de tijdsduur van de momentele schakeltoestand en de tijdsduur van de onmiddellijk voorafgaande schakeltoestand verkregen inschakelverhoudingen ε1 en ε2 de uit de beide vooraf gaande, afgesloten schakel-15 toestanden bepaalde waarden weer hebben bereikt. Is tot dan geen nieuwe schakelgebeurtenis ingetreden, dan worden periodiek nieuwe inschakelverhoudingen ε1 en ε2 uit de duur van de voorafgaande schakeltoestand en de huidige duur van de momentele schakeltoestand berekend en deze nieuwe inschakel-20 verhoudingen ε1 en ε2 voor de berekening van het momentele ketelvermogen gebruikt. Daarmede is gewaarborgd, dat .het momentele ketelvermogen wordt bepaald uit de actuele gegevens.

Voorts is de computer 20 ter voorkoming van ketelcorro-sie zodanig geprogrammeerd, dat een eenmaal bijgeschakelde 25 verwarmingsketel met zekerheid een minimum temperatuur bereikt en gedurende ten minste ëén schakelcyclus in bedrijf blijft, voordat de verwarmingsketel bijvoorbeeld vanwege een zeer snel dalen van een belastingspiek weer buiten bedrijf kan worden gesteld.

30 Het toegelichte uitvoeringsvoorbeeld heeft betrekking op twee of meer verwarmingsketels met ëéntrapsbranders. De werkwijze is echter ook doelmatig toepasbaar voor verwarmingsketels met tweetrapsbranders, waarbij de beschreven in- en uitschakelbevelen van het besturingsapparaat 19 betrekking 35 hebben op het bedrijf met slechts één of met beide brander-trappen.

Ook verwarmingsketels met een modulerende brander kunnen worden toegepast bij de beschreven werkwijze. In plaats van het bepalen van de inschakelverhoudingen bepaalt de 40 computer 20 dan de openingsstanden van het mechanisme, dat de \ * — 8 - brandstof/lucht-hoeveelheid in overeenstemming met het ketel-vermogen bepaalt. Daartoe kan bijvoorbeeld een potentiometer dienen, die door het genoemde mechanisme wordt versteld.

De beschreven werkwijze maakt het mogelijk op een-5 voudige wijze een ketelcascade-installatie te besturen, waarbij naast een optimaal rendement ook nog rekening kan worden gehouden met de eisen ter voorkoming van ketelcorrosie tengevolge van het bedrijf bij te lage keteltemperatuur.

Deze werkwijze is ook toepasbaar bij het bedrijf van 10 cascades met andere warmte- of koude-opwekorganen, waarvan het vermogen niet constant kan worden geregeld, bijvoorbeeld twee- of meertrappige warmtepompen of koelmachines.

.vi

Claims (8)

1. Werkwijze voor het afhankelijk van het vermogen bestuurd in bedrijf stellen resp. uitschakelen van verwarmingsketels, die elk zijn aangesloten op een gemeenschappelijke verzamelafvoerleiding en een verzamelretourleiding van 5 een verwarmingsnet, met het kenmerk, dat uit het produkt van het van elke verwarmingsketel (HKT, HK2) bekende maximale vermogen en de doorlopend gemeten inschakelverhouding (ε1, ε2) van de betreffende brander (13, 15) een totale vermogenbalans wordt bepaald en op basis hiervan verwarmings- 10 ketels (HK1, HK2) worden bij- resp. uitgeschakeld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de totale vermogensbalans wordt vastgesteld door middel van een computer (20) , die in een ketelcascade verwarmingsketels (HK1, HK2) bij- resp. uitschakelt.

3. Werkwij ze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de totale vermogensbalans wordt vastgesteld door middel van een computer (20), die op basis van de balanswaarden de verwarmingsketel(s) (HK1, HK2) uitkiest, die gedurende langere tijd met het grootst mogelijke rendement 20 aan de warmtebehoefte kan (kunnen) voldoen.

4. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het totale vermogen gedurende een vooraf bepaalde bijschakel-wachttijd boven een energie-optimaal omschakelpunt moet zijn geweest, voordat een volgende verwar- 25 mingsketel (HK2; HK1) wordt bijgeschakeld.

5. Werkwijze volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat het totale vermogen gedurende een vooraf bepaalde afschakel-blokkeertijd beneden het energie-optimale omschakelpunt moet zijn geweest, voordat een verwarmings- 30 ketel (HK2; HK1) wordt uitgeschakeld.

6. Werkwijze volgens êên der conclusies 2 of 3, waarbij een bijschakelen van een volgende verwarmingsketel tengevolge van het dalen van de werkelijke afvoertemperatuur beneden de gewenste afvoertemperatuur pas na afloop van een 35 blokkeertermijn en slechts dan wordt uitgevoerd, wanneer binnen de blokkeertermijn een minimaal vereiste temperatuurtoename niet wordt bereikt, met het kenmerk, dat het verloop van de afvoertemperatuur gedurende de blokkeer- ' ’ - 10 - termijn periodiek wordt gedetecteerd en dat de blokkeerter-mijn korter is naar mate het verschil tussen de gewenste en werkelijke waarde van de afvoertemperatuur kleiner is, en langer is naar mate het verschil tussen de gewenste en werke- 5 lijke waarde van de afvoertemperatuur groter is.

7. Werkwijze volgens conclusie 4 tot 6, met het kenmerk, dat de bijschakel-wachttijd en de blokkeerter-mijn tevens afhankelijk worden gemaakt van het temperatuurverschil tussen de in bedrijf zijnde verwarmingsketel (HK1;

10 HK2) en de bij te schakelen verwarmingsketel (HK2; HK1) en des te kleiner worden gekozen naar mate het temperatuurverschil kleiner is.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 1 tot 7, met het kenmerk, dat de inschakelverhouding (ε1,ε2) van 15 elke brander (13, 15) doorlopend wordt berekend uit de duur van de beide laatst verstreken bedrijfstoestanden van de aan de verwarmingsketel (HK1, HK2) toegevoegde brander (13, 15), d.w.z. uit een in-uit-cyclus, volgens de formule tijd (in) 20 ε * - tijd(in) + tijd(uit) en de laatst bepaalde waarde (ε1, ε2) als berekeningsgrondslag wordt vastgehouden tot de eerstvolgende schakelgebeurte-nis, doch hoogstens zo lang, totdat uit de tijdsduur van de 25 momentele schakeltoestand en de tijdsduur van de onmiddellijk voorafgaande schakeltoestand verkregen inschakelverhouding (ε 1, ε2) de uit de beide voorafgaande, afgesloten schakeltoe-standen bepaalde waarde weer heeft bereikt,en dat dan periodiek een nieuwe inschakelverhouding (ε1, ε2) wordt berekend uit 30 de duur van de voorafgaande schakeltoestand en de tot nu toe geldende duur van de momentele schakeltoestand en deze nieuwe inschakelverhouding (et, ε2) wordt gebruikt voor de berekening van het momentele vermogen. ·' · · ' - Λ ' V * '> ί. .