Zentralheizungsanlage Central heating system
Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentralheizungsanlage mit in getrennten Räumen angeordneten Heizkörpern in einem Heizkreis, der eine Wärmequelle mit regelbarer Wärmeleistung und eine Umwälzpumpe aufweist, wobei die Heizkörper jeweils ein Ventil aufweisen, das in Abhän- •■ gigkeit von der Raumtemperatur durch einen Temperaturregler einstellbar ist, um die Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu halten.The invention relates to a central heating system arranged in separate rooms radiators in a heating circuit having a heat source with controllable heat output and a circulation pump, wherein each of the radiators comprise a valve which in depen- • ■ dependence adjustable from the room temperature by a temperature controller to keep the room temperature at an adjustable setpoint.
Bei bekannten Zentralheizungsanlagen dieser Art wird üblicherweise die Vorlauftemperatur nach einer vorbestimmten Funktion in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt. Der Wärmebedarf ist jedoch nicht nur von der Außentemperatur abhängig, sondern auch von der Ein- Stellung der Sollwerte an den Temperaturreglern. Dies kann dazu führen, daß die augenblickliche Vorlauftemperatur höher oder niedriger als erforderlich ist. Bei zu hoher Vorlauftemperatur kann sich ein höherer Wärmeverlust ergeben. Umgekehrt könnte bei zu niedriger Vor- lauftemperatur die gewünschte Raumtemperatur nicht er- reicht werden.In known central heating systems of this type, the flow temperature is usually regulated according to a predetermined function as a function of the outside temperature. The heat requirement does not only depend on the outside temperature, but also on the setting of the setpoints on the temperature controllers. This can result in the current flow temperature being higher or lower than required. If the flow temperature is too high, a higher heat loss can result. Conversely, if the flow temperature is too low, the desired room temperature could not be reached.
Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt (DE 19756104 AI) , die Temperaturen der Heizkörper und gegebenenfalls wei- tere Größen, wie Ventilhub, Druckdifferenz an einem Ventil, Temperatursollwerteinstellung der Temperaturregler an den Ventilen, die Ein- und Ausgangstemperatu-
ren der Heizkörper und die Raumlufttemperatur mittels entsprechender Fühler zu messen und die Meßwerte zentral in die Vorlauftemperaturregelung einzubeziehen. Dies erfordert jedoch einen erheblichen Aufwand an Füh- lern und Übertragungseinrichtungen für die Meßwerte .To solve this problem, it is known (DE 19756104 AI), the temperatures of the radiators and possibly other variables, such as valve lift, pressure difference on a valve, temperature setpoint adjustment of the temperature regulators on the valves, the inlet and outlet temperatures. Ren the radiator and the room air temperature using appropriate sensors and include the measured values centrally in the flow temperature control. However, this requires a considerable amount of sensors and transmission devices for the measured values.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentralheizungsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Wärmeverluste mit geringerem Aufwand nie- drig gehalten und dennoch die gewünschten Raumtemperaturen eingehalten werden.The invention has for its object to provide a central heating system of the type mentioned, in which the heat losses are kept low with little effort and still maintain the desired room temperatures.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmeleistung der Wärmequelle so regelbar ist, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe auf ihrer Betriebs- kennlinie eine Lage einnimmt, in der die Rücklauftemperatur der Anlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist.According to the invention, this object is achieved in that the heat output of the heat source can be regulated in such a way that the operating point of the circulating pump assumes a position on its operating characteristic in which the return temperature of the system is minimal while maintaining the set room temperatures and taking into account the thermal load on the system ,
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Wärmebelastung der Anlage selbsttätig änderbar ist. Hierbei kommt man mit einem Minimum an Meßfühlern aus.It is preferably ensured that the operating point of the circulation pump can be changed automatically as a function of the thermal load on the system. Here you get by with a minimum of sensors.
Vorzugsweise enthält die Wärmequelle einen Wärmetauscher, dessen Primärseite mit einem Fernheizwerk verbunden ist. Hierbei braucht lediglich der primärseitige Volumenstrom in Abhängigkeit von einigen wenigen Meß- großen so geregelt zu werden, daß der Arbeitspunkt der
Umwälzpumpe der augenblicklichen Wärmebelastung entspricht .The heat source preferably contains a heat exchanger, the primary side of which is connected to a district heating plant. In this case, only the volume flow on the primary side needs to be regulated as a function of a few measurement variables so that the operating point of the Circulation pump corresponds to the current heat load.
So kann im einzelnen dafür gesorgt sein, daß in vorbe- stimmten Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig die Vorlauftemperatur im Sekundärkreis des Wärmetauschers durch Erhöhung des Volumenstroms im Primärkreis des Wärmetauschers anhebbar und danach während eines Meßzyklus stufenweise bis auf einen Wert absenk- bar ist, bei dem die Wärmeleistung niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist, und daß während jedes Meßzyklus Meßwerte der Wärmeleistung und der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe bei dem niedrigsten Meßwert der Rücklauftemperatur speicherbar sind und während des Betriebs der Anlage zwischen den Meßzyklen die sekun- därseitige Vorlauftemperatur durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms bei der augenblicklichen primärseitigen Temperatur die zur augenblicklichen Wärmeleistung gehörende Druckdifferenz an der Umwälzpumpe durch Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten einstellbar ist .In particular, it can be ensured that, at predetermined intervals of at least a few days, the flow temperature in the secondary circuit of the heat exchanger can be raised automatically by increasing the volume flow in the primary circuit of the heat exchanger and then gradually reduced to a value during a measuring cycle which the heat output is lower than the thermal load of the system, and that during each measurement cycle, measured values of the heat output and the pressure difference at the circulating pump can be stored at the lowest measured value of the return temperature and during operation of the system between the measurement cycles, the secondary supply temperature by means of appropriate readjustment of the primary-side volume flow at the instantaneous primary-side temperature, the pressure difference associated with the instantaneous heat output at the circulating pump by interpolation between those stored adjacent to the instantaneous heat output heat output measured values is adjustable.
Dabei kann die Zentralheizungsanlage einen Volumen- stromregier aufweisen, durch den über ein Stellventil im Primärkreis des Wärmetauschers dessen primärseitiger Volumenstrom in Abhängigkeit von der primärseitigen Rücklauftemperatur, der sekundärseitigen Vor- und Rücklauftemperatur und der Druckdifferenz an der Umwälzpum- pe und ihrer Drehzahl regelbar ist.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Darin stellen dar:The central heating system can have a volume flow regulator, through which the primary-side volume flow can be regulated via a control valve in the primary circuit of the heat exchanger, depending on the primary-side return temperature, the secondary-side supply and return temperature and the pressure difference at the circulating pump and their speed. The invention and its developments are described below with reference to the accompanying drawings of a preferred embodiment. In it represent:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung Zentralheizungsanlage,1 is a block diagram of the embodiment of the invention central heating system,
Fig. 2 die Abhängigkeit der Druckdifferenz an einer Umwälzpumpe im Heizkreis der Zentralheizungs- anlage vom Volumenstrom bei konstanter Drehzahl der Umwälzpumpe, d.h. der Betriebskennlinie der Umwälzpumpe, und zwei verschiedene Betriebskennlinien der übrigen Teile des Heizkreises, durch den das von der Umwälzpumpe beförderte Fluid hindurchströmt, d.h. des übrigen Rohrleitungsnetzes ohne die Umwälzpumpe, für zwei verschiedene Arbeitspunkte der Umwälzpumpe,2 shows the dependency of the pressure difference on a circulation pump in the heating circuit of the central heating system on the volume flow at constant speed of the circulation pump, i.e. the operating characteristic of the circulation pump, and two different operating characteristics of the remaining parts of the heating circuit through which the fluid conveyed by the circulation pump flows, i.e. the rest of the pipeline network without the circulation pump, for two different operating points of the circulation pump,
Fig. 3 ähnliche Kennlinien wie nach Fig. 2, jedoch für auf verschiedene Sollwerte konstant geregelte Drehzahlen der Umwälzpumpe mit einer geraden Regelkennlinie der Umwälzpumpe bei unterschiedlichen Drehzahlen,
Fig. 4a der zeitliche Verlauf der Vor- und Rücklauf- temperaturen T3, Tx, T2, der Wärmeleistung Q der Wärmequelle und der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur TA,3 shows characteristic curves similar to that of FIG. 2, but for speeds of the circulating pump which are constantly regulated to different setpoints, with a straight control characteristic of the circulating pump at different speeds, 4a shows the time course of the flow and return temperatures T 3 , T x , T 2 , the heat output Q of the heat source and the pressure difference ΔP at the circulation pump as a function of the outside temperature T A ,
Fig. 5a der Verlauf der Vorlauftemperatur T3 und der bis o zugehörigen Rücklauftemperaturen TX/ T2, derFig. 5a the course of the flow temperature T 3 and the up to o associated return temperatures T X / T 2 , the
Wärmeleistung Q der Wärmequelle und Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe bei einer Anpassung der Zentralheizungsanlage an unterschiedliche Außentemperaturen zur Eichung der Zentralheizungsanlage undHeat output Q of the heat source and pressure difference ΔP at the circulation pump when the central heating system is adapted to different outside temperatures for calibrating the central heating system and
Fig. 6 den für verschiedene bei der Eichung derFig. 6 for the different in the calibration of
Zentralheizungsanlage ermittelte Meßwerte der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe und der Wärmeleistung der Wärmequelle mit linear interpolierten Zwischenwerten.Central heating system determined measured values of the pressure difference at the circulation pump and the heat output of the heat source with linear interpolated intermediate values.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zentralheizungsanlage wird eine Wär- mequelle in Form eines Wärmetauschers 1 primarseitig über eine Vorlaufleitung 2 und eine Rücklaufleitung 3 aus einem (nicht dargestellten) Fernheizwerk mit warmem Wasser versorgt. Die primärse.itige Rücklauftemperatur Ti wird mittels eines Temperaturfühlers 4 gemessen und einem Volumenstromregler 5 zugeführt. In der Rücklauf- leitung 3 liegt ferner ein Stellventil S, das über einen Stellmotor 6 durch den Volumenstromregler 5 gesteuert wird. Im sekundärseitigen Heizkreis des Wärmetau-
schers 1 liegen parallel zwischen einer Vorlaufleitung 7 und einer Rücklaufleitung 8 mehrere Heizkörper 9 in Reihe mit jeweils einem Ventil 10. Ein oder mehrere Heizkörper 9 sind jeweils in getrennten, zu beheizenden Räumen angeordnet. Die Ventile 10 werden jeweils durch einen Temperaturregler 11 gesteuert, der den Öffnungsgrad des zugehörigen Ventils 10 in Abhängigkeit von der Raumtemperatur und einem am Temperaturregler 11 eingestellten Temperatur-Sollwert so einstellt, daß die Raumtemperatur weitgehend konstant bleibt. In der Rücklaufleitung 8 des Sekundärkreises des Wärmetauschers 1 liegt eine Umwälzpumpe 12, deren Drehzahl durch einen internen Drehzahlregler auf einem einstellbaren Sollwert konstant gehalten wird. Ein Maß für die Druckdif- ferenz ΔP an der Umwälzpumpe und den Volumenstrom V wird über einen gestrichelt dargestellten Datenbus dem Volumenstromregler 5 zugeführt. Die Rücklauftemperatur T2 in der Rücklaufleitung 8 wird mittels eines Temperaturfühlers 13 und die Vorlauftemperatur T3 in der Vor- laufleitung 7 mittels eines Temperaturfühlers 14 gemessen. Die Meßwerte der Rücklauftemperatur T2 und der Vorlauftemperatur T3 werden ebenfalls dem Volumenstromregler 5 über gestrichelt dargestellte Leitungen zugeführt .In the exemplary embodiment of the central heating system according to the invention shown in FIG. 1, a heat source in the form of a heat exchanger 1 is supplied with warm water from a primary heating system via a flow line 2 and a return line 3 from a district heating plant (not shown). The primary return temperature Ti is measured by means of a temperature sensor 4 and fed to a volume flow controller 5. In the return line 3 there is also a control valve S which is controlled by the volume flow controller 5 via a servomotor 6. In the secondary heating circuit of the heat exchanger Schers 1 are parallel between a flow line 7 and a return line 8 several radiators 9 in series, each with a valve 10. One or more radiators 9 are each arranged in separate rooms to be heated. The valves 10 are each controlled by a temperature controller 11 which adjusts the degree of opening of the associated valve 10 as a function of the room temperature and a temperature setpoint set on the temperature controller 11 so that the room temperature remains largely constant. In the return line 8 of the secondary circuit of the heat exchanger 1 there is a circulation pump 12, the speed of which is kept constant at an adjustable setpoint by an internal speed controller. A measure of the pressure difference ΔP at the circulation pump and the volume flow V is supplied to the volume flow controller 5 via a data bus shown in broken lines. The return temperature T 2 in the return line 8 is measured by means of a temperature sensor 13 and the flow temperature T 3 in the supply line 7 by means of a temperature sensor 14. The measured values of the return temperature T 2 and the supply temperature T 3 are also fed to the volume flow controller 5 via lines shown in broken lines.
Der Volumenstromregler 5 regelt in Abhängigkeit von den ihm zugeführten Temperaturen Tχ7 T2, T3, der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 und dem Volumenstrom V im sekundären Heizkreis des Wärmetauschers 1 dessen Wärmeleistung Q = V • Cv • p (T3-T2) , wobei V der Volumenstrom pro Zeiteinheit, Cv der Wärmeinhalt des Was-
sers in der Heizungsanlage, p die Dichte des Wassers auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 1 und T3-T2 der Temperaturunterschied auf der Sekundärseite desThe flow regulator 5 controls in dependence on the supplied thereto temperatures Tχ 7 T 2, T 3, the pressure difference AP to the circulating pump 12 and the flow rate V in the secondary heating circuit of the heat exchanger 1 whose heat output Q = V • C v • p (T 3 - T 2 ), where V is the volume flow per unit of time, C v is the heat content of the water sers in the heating system, p the density of the water on the secondary side of heat exchanger 1 and T3-T2 the temperature difference on the secondary side of the
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Wärmetauschers ist, in der Weise, daß die Rücklauftem- peratur Tx und damit auch die Rücklauftemperatur T2 der Zentralheizungsanlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist . Er und Er und p ändern sich nur wenig mit der Temperatur. Wenn V und T3-T2 gemessen werden, kann die geleistete Energie der Heizungsanläge errechnet werden. Cv und p ändern sich nur wenig mit der Temperatur. Wenn V und T3-T2 gemessen werden, kann die geleistete Energie der Heizungsanlage errechnet werden. Auf diese Weise werden Wärmeverluste möglichst niedrig gehalten und der Wärme- Wirkungsgrad der Zentralheizungsanlage, insbesondere des Fernheizwerks, hoch gehalten.Heat exchanger is such that the return temperature T x and thus also the return temperature T 2 of the central heating system is minimal while maintaining the set room temperatures and taking into account the thermal load on the system. Er and Er and p change little with temperature. If V and T 3 -T 2 are measured, the energy provided by the heating systems can be calculated. C v and p change little with temperature. If V and T 3 -T 2 are measured, the heating system's energy output can be calculated. In this way, heat losses are kept as low as possible and the heat efficiency of the central heating system, in particular the district heating plant, is kept high.
Bei dieser Regelung verschiebt sich der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe 12 auf der in Fig. 2 für eine konstante Pumpendrehzahl dargestellten Umwälzpumpen-Betriebs- kennlinie in Abhängigkeit von dem jeweils eingestellten mittleren Öffnungsgrad der Ventile 10 der Heizkörper 9 zwischen den Arbeitspunkten in den Schnittpunkten der Umwälzpumpen-Betriebskennlinie und der Rohrnetzkennlinie, die den Druckabfall an den Rohrleitungen 7, 8, Heizkörpern 9 und Ventilen 10 im sekundärseitigen Heizkreis des Wärmetauschers 1 in Abhängigkeit vom Volumenstrom V umfassen, entsprechend dem jeweiligen Öff- nungsgrad der Heizkörperventile 10 gemäß Fig. 2.
Für unterschiedliche konstante Drehzahlen gelten dann die Kennlinien nach Fig. 3, wobei die Arbeitspunkte entsprechend dem jeweiligen Öffnungsgrad der Heizkörperventile auf der Regelkennlinie der Umwälzpumpe lie- gen.With this regulation, the operating point of the circulating pump 12 shifts on the circulating pump operating characteristic shown in FIG. 2 for a constant pump speed depending on the respectively set mean opening degree of the valves 10 of the heating elements 9 between the working points in the intersection points of the circulating pump operating characteristic and the pipe network characteristic curve, which comprise the pressure drop at the pipes 7, 8, radiators 9 and valves 10 in the secondary-side heating circuit of the heat exchanger 1 as a function of the volume flow V, in accordance with the respective degree of opening of the radiator valves 10 according to FIG. 2. The characteristic curves according to FIG. 3 then apply to different constant speeds, the operating points lying on the control curve of the circulating pump corresponding to the respective opening degree of the radiator valves.
Die Diagramme nach Fig. 4a bis 4c veranschaulichen die Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen tl r t2 und t3, der Wärmeleistung Q der Wärmequelle und der Druckdif- ferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 in Abhängigkeit von einer schwankenden Außentemperatur Ta (untere Kurve in Fig. 4a) . Die Fig. 4b und 4c geben lediglich qualitative Verläufe der Kurven an, . Dies gilt auch für die Fig. 5b und 5c.4a to 4c illustrate the dependency of the respective temperatures t lr t 2 and t 3 , the thermal output Q of the heat source and the pressure difference ΔP at the circulation pump 12 as a function of a fluctuating outside temperature T a (lower curve in FIG 4a). 4b and 4c only indicate qualitative profiles of the curves. This also applies to FIGS. 5b and 5c.
Um die Wärmeleistung der Wärmequelle beziehungsweise des Wärmetauschers 1 in der genannten Weise zu regeln, wird die Zentralheizungsanlage zunächst gemäß den Fig. 5 und 6 für unterschiedliche Wärmebelastungen bezie- hungsweise Außentemperaturen in regelmäßigen Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig durch den Volumenstromregler 5 geeicht. Ein sich über einige Stunden erstreckender Meßzyklus verläuft dabei gemäß Fig. 5a folgendermaßen: Zu Beginn wird die Vorlauftem- peratur T3 in dem sekundären Heizkreis durch eine Erhöhung des Volumenstroms im Primärkreis des Wärmetauschers 1, indem das Stellventil S weiter geöffnet wird, stark angehoben. Danach wird die Vorlauftemperatur T3 jedesmal, nachdem sich die Temperaturen TX/ T2 und T3 sowie der Betriebspunkt der Pumpe auf einen konstantenIn order to regulate the heat output of the heat source or of the heat exchanger 1 in the manner mentioned, the central heating system is first automatically calibrated by the volume flow controller 5 according to FIGS. 5 and 6 for different heat loads or outside temperatures at regular intervals of at least a few days. A measuring cycle extending over a few hours proceeds according to FIG. 5a as follows: At the beginning, the flow temperature T 3 in the secondary heating circuit is greatly increased by increasing the volume flow in the primary circuit of the heat exchanger 1 by opening the control valve S further. Thereafter, the flow temperature T 3 is always constant after the temperatures T X / T 2 and T 3 and the operating point of the pump
Wert eingestellt haben - wobei die Ventile 10 durch die
Temperaturregler 11 wegen der Erhöhung der Vorlauftemperatur T3 weiter geschlossen werden, um den eingestellten Temperatursollwert weiterhin einzuhalten - um eine Stufe bis auf einen Wert abgesenkt wird, bei dem die Wärmeleistung Q niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist. Dieser niedrigste Wert der Vorlauftemperatur T3 und damit der Wärmeleistung wird dadurch erreicht, daß die Ventile 10 schließlich alle geöffnet sind. Während dieses stufenweisen Meßzyklus erreichen die Rücklauftemperaturen Ti und T2 ein Minimum, das im dargestellten Beispiel in Fig. 5a am Schnittpunkt der vertikalen gestrichelten Linie mit dem Verlauf der Temperaturen Ti und T2 liegt. Die in jedem Meßzyklus in einem entsprechenden Minimum der Temperaturen Ti und T2 im Volumenstromregler 5 ermittelten Meßwerte der Wärmeleistung Q und der Druckdifferenzen ΔP an der Umwälzpumpe 12 werden in dem Volumenstromregler 5 gespeichert. Während des Betriebs der Anlage zwischen den einzelnen Meßzyklen wird dann die sekundärseitige Vor- lauftemperatur T3 durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms V bei der augenblicklichen primärseitigen Rücklauftemperatur Tx, die zur augenblicklichen Wärmeleistung Q gehörende Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe durch lineare Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten, die in Fig. 6 durch drei jeweils bei einem von drei Meßzyklen ermittelten Meßpunkte angedeutet sind, eingestellt .
Have set value - with the valves 10 by the Temperature controller 11 are closed further because of the increase in the flow temperature T 3 in order to continue to maintain the set temperature setpoint - by one level is reduced to a value at which the thermal output Q is lower than the thermal load on the system. This lowest value of the flow temperature T 3 and thus the heat output is achieved in that the valves 10 are finally all open. During this step-by-step measuring cycle, the return temperatures Ti and T 2 reach a minimum, which in the example shown in FIG. 5 a lies at the intersection of the vertical dashed line with the course of the temperatures Ti and T 2 . The measured values of the thermal output Q and the pressure differences ΔP at the circulating pump 12 determined in each measurement cycle in a corresponding minimum of the temperatures Ti and T 2 in the volume flow controller 5 are stored in the volume flow controller 5. During the operation of the system between the individual measuring cycles, the secondary-side flow temperature T 3 is then, by corresponding readjustment of the primary-side volume flow V at the instantaneous primary-side return temperature T x , the pressure difference ΔP associated with the instantaneous heat output Q at the circulating pump by linear interpolation between the current heat output adjacent stored heat output measured values, which are indicated in FIG. 6 by three measurement points each determined in one of three measurement cycles.