WO2020043549A1 - Brennereinheit für eine heizungsanlage und verfahren zum betrieb - Google Patents

Brennereinheit für eine heizungsanlage und verfahren zum betrieb Download PDF

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WO2020043549A1
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Walerij Schlagin
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Walerij Schlagin
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    • F24D2200/00—Heat sources or energy sources
    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F24D2200/043—More than one gas or oil fired boiler

Definitions

  • Burner units and heating systems with a burner unit are known in a variety of configurations from the prior art and are used in particular for generating heat by means of gaseous energy sources.
  • the gas is burned in a burner of the burner unit and the heat generated is used, for example, to heat a building.
  • the burner is not operated continuously at the maximum possible output, but is regulated depending on the current heat demand, which is often determined from the difference between the return and flow temperatures of the heating system.
  • the total output of the burner unit is regulated by switching the additional burners on and off to the pilot burner, which means that, as in the prior art, the output of the single or individual burners is not regulated, but rather by digital operation, i.e. through a combination of burners with different outputs that are switched on and off.
  • each burner is formed by a defined surface section of a single surface nozzle or a ceramic burner, preferably each of the burners having its own valve and / or one own gas supply line is connected.
  • the area of each additional burner is preferably a multiple of the area of the previous burner on the surface of the surface nozzle or the ceramic burner.
  • the area of the most powerful burner likewise makes up particularly preferably 50% of the total burner area, and very particularly preferably the area of each further burner is 50% of the remaining burner area.
  • the share of the most powerful burner can also make up another area share of the total burner area.
  • the two least powerful burners have an identical burner area.
  • all burner units can be identical in terms of the maximum possible total output and / or the individual outputs of all burners. All burner units of the heating system are particularly preferably completely identical. However, a design of the invention is particularly preferred in which at least one first burner unit and a second burner unit are arranged in the heating circuit, the least powerful burner of the second burner unit having the identical or double output of the most powerful burner of the first burner unit, as a result of which the second burner unit has the total output further increased with the same fine step.
  • the first burner unit can have a pilot burner with 1 kW and five further burners with 1 kW, 2 kW, 4 kW, 8 kW and 16 kW.
  • the second burner unit also has a pilot burner and three burners with 32 kW,
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides a need-based control by means of the heat meter by measuring the flow and return temperature and the heat flow and subsequently determining the amount of heat required.
  • the burner unit is then appropriately regulated to provide the required heat without excess.
  • the amount of heat required is determined without a defined heating curve.
  • the measurement of the residual heat remaining in the heating medium in the area of the return also advantageously ensures, in particular continuous, needs-based control of the heating output of the burner unit and particularly precise achievement of the target temperature at the flow of the heating system or at the supply line to the heat consumers.
  • the arrangement of a heat meter on the return of the burner unit enables the calculation of the heat loss of the entire heating system and thus feedback on the heat loss of the building in question. Continuous control of the burner unit output also enables particularly efficient and low-fuel operation of the heating system.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention provides that by means of the data of a gas meter arranged in front of the burner unit and preferably additionally a heat meter arranged between the burner unit and the heating circuit, a continuous or periodic calculation of the efficiency of the burner units is carried out. unit or the entire heating system is carried out, particularly preferably each efficiency determined is compared with an efficiency measured during commissioning efficiency as a reference.
  • the electronic gas meter is particularly preferably connected electronically to the control unit of the burner unit.
  • the gas meter can be any device for measuring the amount of gas flowing through.
  • the gas meter is preferably a single-pipe gas meter, which is preferably mechanically connected to the gas supply line of the heating system or the burner unit and / or can be read out electronically.
  • the efficiency is very particularly preferably calculated in real time, ie without a time delay during the operation of the heating system.
  • the flow temperature is preferably not set to a constant value, in particular 20 ° C., in an exclusive heating operation without process water heating, but is calculated on the basis of the temperature measured by means of an outside sensor.
  • the pump output and preferably at the same time the fresh air pressure and very particularly preferably also the gas supply is increased, which leads to an increase in the flow rate in the heating circuit and / or to an increase in the burner outputs is coming.
  • a fresh air compressor and the pump for the heating medium can be operated with a common motor, so that an increase in the fresh air supply automatically goes hand in hand with an increase in the flow rate of the heating medium.
  • each burner has a gas supply line with a gas valve and an air supply line with an air valve. Both valves are preferably formed as solenoid valves. It is preferred that when the burner unit is switched on, before the first burner is ignited, all air valves are opened for a predetermined period of time in order to pre-vent the burner and thus flush out a potentially explosive gas mixture, and only then open the gas valve of the burner (s). to be ignited. It is particularly preferred in the operation of the burner unit that each individual burner is pre-vented before ignition. The duration of the pre-aeration is very particularly preferably predetermined and results from the volume of the respective burner and the transverse section of the air supply line or the volume flow of the air.
  • FIG. 1 is a schematic view of a first burner unit
  • FIG. 3 shows a schematic view of a third burner unit
  • the pilot burner 3 and the burner 4a with the smallest diameter each have an output of 1 kW.
  • the subsequent further burners 4b-e have outputs of 2 kW, 4 kW, 8 kW and 16 kW or 3.125%, 6.25%, 12.5%, 25% and 50% of the total output.
  • the pilot burner 3 is ignited and operated continuously.
  • the total power Poetician of the burner unit 1 can now be between 1 kW - with only the pilot burner 3 burning - and 32 kW - with all burners 3, 4a-e burning - in steps of 1 kW can be regulated.
  • the burners 3, 4a-e to be operated for this purpose are shown in Table 1 below.
  • a pilot burner 3 and five burners 4a-e are arranged next to one another. All burners 3, 4a-e are again formed as flame tubes. In the middle of the burner unit 1, the burner 4e with the largest diameter with an output of 16 kW is arranged. The remaining burners 3, 4a-c are distributed over a ring surrounding the inner burner 4e, the individual burners 3, 4a-c being separated from one another by walls 7.
  • the pilot burner 3 and the least powerful burner 4a again an output of 1 kW each and the subsequent further burners 4b-e each have twice the output of the previous burner 4a-c.
  • all burners 3, 4a-e formed as flame tubes are arranged parallel to one another and next to one another within a solid metal burner block.
  • a heating system 2 with a burner unit 1 described above with a pilot burner 3 and seven further burners 4a-g is shown schematically in FIG. 4.
  • An air-gas mixing device 11 with a solenoid valve 6, 6a-g is arranged in front of each of the burners 3, 4a-g, each of these solenoid valves 6, 6a-g being connected between by means of a single control device 5 connected to all solenoid valves 6, 6a-g can be switched over to a fully open and a completely closed state.
  • dashed lines show electrical connections and solid lines lines for gases or liquids.
  • the control unit 5 is also connected to an ignition and monitoring electrode 25 arranged on the pilot burner 3, by means of which the pilot burner 3 can be ignited and the switched-on state can be monitored.
  • the gas to be burned is supplied to the air-gas mixing devices 11 starting from a gas line 15 through a gas shut-off valve 14, a gas pressure regulator 13 and a gas fitting 12.
  • the fresh air is supplied to the air-gas mixing devices 11 by means of an air compressor 21 which releases the air first compressed through a burner air pipe 22 into an air pressure container 23 before the compressed air passes through an air pressure regulator 24 to the air-gas mixing devices 11.
  • the burner unit 1 is integrated into a heating circuit via a flow 8 and a return 9, the heating medium heated in the burner unit 1 successively first reaching a hot water heat exchanger 28 and subsequently a heating heat exchanger 30 via the flow 8 before it returns via the return 9 is passed to the burner unit 1.
  • the circulation of the heating medium in the heating circuit is achieved by means of a heating medium pump 19, with a motor 20 simultaneously operating the heating medium pump 19 and the air compressor 21.
  • the heating medium pump 19 and the air compressor 21 it is also possible for the heating medium pump 19 and the air compressor 21 to be completely separate units, each with its own motor.
  • At the heating heat exchanger 30 is a heating circuit with a heat
  • the 3-way mixer 31 is controlled by a heating control 34, which includes an outside temperature sensor 35.
  • a heat meter 16 with a return temperature sensor 17 is arranged in the return 9 of the heating circuit, which detects the volume flow and the temperature of the heating medium in the return 9. Furthermore, a flow temperature sensor 18 is arranged in the flow 8, so that the temperature difference between the return 9 and the flow 8 can be determined in order to determine the currently required amount of heat. This is done by means of a burner control unit 26, which is also connected to an external sensor 27. The burner unit controller 26 receives the signals from the two temperature sensors 17, 18 in the heating circuit and the heat meter 16 and sends control signals to the motor 20 and to the control unit 5 of the burner unit 1.
  • FIG. 5 Another embodiment of a heating system 2 shown schematically in FIG. 5 differs from the heating system 2 shown in FIG. 4 essentially in that not one but three burner units 1, 1B, 1C are arranged in series between the feed 8 and the return 9 are, the two further burner units 2B, 2C each having only one pilot burner 3B, 3C and a single further burner 4B, 4C, each with an output of 32 kW.
  • the total power can be set in steps of 1 kW between 1 kW and 98 kW, as shown in Table 2.
  • Each of the further burner units 1B, 1C has its own control unit 5B, 5C connected, which controls each of the burners 3B, 4B, 3C, 4C arranged solenoid valves 6B, 6C.
  • Each of the further ignition burners 3B, 3C has an ignition and monitoring electrode 25B, 25C.
  • a further gas fitting is installed in each of the gas feeds to the further burner units IB, IC.
  • burner units lA, lB, lC can have several reasons.
  • an existing heating system 2 can be supplemented with additional burner units 1 A, 1 B, 1 C in order to increase the overall output.
  • a burner unit 1A according to the invention can be added in order to enable control of the heating system 2 even with very low outputs, ie an existing heating system 2 can be expanded by a burner unit 1A.
  • a heating system 2 can also be newly formed from a plurality of burner units lA, lB, lC, for example if, for reasons of space, it is not possible to build up using a single, correspondingly large burner unit lA.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennereinheit für eine Heizungsanlage. Um eine Brennereinheit, eine Heizungsanlage mit wenigstens einer Brennereinheit sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinheit bereitzustellen, die einen Betrieb in einem idealen Verbrennungszustand über den gesamten Leistungsbereich, ein kontinuierliches und bedarfsgerechtes Heizen über den gesamten Leistungsbereich sowie eine Regulierung der Leistung in einfacher Weise ermöglicht und zugleich einen einfachen Aufbau der Brennereinheit bzw. Heizungsanlage aufweist, die zudem einfach und kostengünstig hergestellt und betrieben werden kann, ist vorgesehen, dass die Brennereinheit mehreren ineinander und/oder nebeneinander angeordnete Brenner aufweist, wobei ein erster Brenner ein Zündbrenner mit feststehender Leistung ist und die weiteren Brenner feststehende Leistungen aufweisen, wobei die Leistungen der weiteren Brenner Vielfache voneinander sind. Weiterhin umfasst die Brennereinheit ein Steuergerät, das mittels eines vor jedem der Brenner angeordneten schaltbaren Ventils jeden der Brenner wahlweise mit der feststehenden Leistung oder vollständig ausgeschaltet betreibt.

Description

BRENNEREINHEIT FÜR EINE HEIZUNGSANLAGE UND VERFAHREN ZUM BETRIEB
Die Erfindung betrifft eine Brennereinheit für eine Heizungsanlage sowie eine Hei zungsanlage mit wenigstens einer Brennereinheit. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinheit.
Brennereinheiten sowie Heizungsanlagen mit einer Brennereinheit sind in vielfältiger Ausgestaltung aus dem Stand der Technik bekannt und werden dabei insbesondere zur Wärmeerzeugung mittels gasförmiger Energieträger verwendet. Dazu wird das Gas in einem Brenner der Brennereinheit verbrannt und die entstehende Wärme beispielsweise zum Heizen eines Gebäudes verwendet. Um ein bedarfsgerechtes Heizen zu ermöglichen, wird der Brenner dabei nicht durchge hend mit der maximalmöglichen Leistung betrieben, sondern in Abhängigkeit des aktuellen Wärmebedarfs, der häufig aus der Differenz der Rücklauf- und Vorlauftempe ratur der Heizungsanlage ermittelt wird, geregelt. Dazu wird in den gasbetriebenen Heizungsanlagen des Standes der Technik die Strö mungsgeschwindigkeit des Luft-Gasgemisches durch eine Gebläsesteuerung reguliert sowie das Mischungsverhältnis von Luft zu Gas angepasst, was zwar eine Regelung der Leistung des Brenners ermöglicht, jedoch aufgrund der unveränderlichen Dimensionie rung des Brenners zu einer Abweichung von einem idealen Verbrennungszustand führt. Zudem ist eine solche Regulierung der Brennerleistung aufwändig, da dabei die Strö mungsgeschwindigkeit und die Zusammensetzung des brennbaren Gasgemischs ange passt und überwacht werden müssen sowie die dazu notwendigen Bauteile der Hei zungsanlage komplex sind. Dies führt zu hohen Herstellungskosten sowie einem war tungsintensiven und damit teuren Betrieb der Heizungsanlage.
Schließlich ermöglichen die aus dem Stand der Technik bekannten Gasbrenner eine Reduzierung bzw. Regelung der Leistung nur bis zu einer nicht unterschreitbaren Minimalleistung, die typischerweise wenigstens 30% der Maximalleistung entspricht. Somit ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennereinheiten eine gleich- mäßige Einstellung der Leistung über den gesamten Leistungsbereich zwischen dem ausgeschalteten Zustand und der Maximalleistung nicht möglich, was insbesondere bedeutet, dass ein kontinuierliches und bedarfsgerechtes Heizen mit nur geringer Leistung mittels Heizungsanlagen des Standes der Technik nicht erfolgen kann. Dies führt zu einer ineffizienten Nutzung der Heizungsanlage mit Temperaturschwankungen des Heizmediums.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Brennereinheit, eine Heizungs anlage sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Brennereinheit bereitzustellen, die einen Betrieb in einem idealen Verbrennungszustand über den gesamten Leistungsbereich, ein kontinuierliches und bedarfsgerechtes Heizen über den gesamten Leistungsbereich sowie eine Regulierung der Leistung in einfacher Weise ermöglicht und zugleich einen einfachen Aufbau der Brennereinheit bzw. Heizungsanlage aufweist, die zudem einfach und kostengünstig herzustellen und zu betreiben ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennereinheit gemäß Anspruch l, durch eine Heizungsanlage gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Hei zungsanlage gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Brennereinheit für eine Heizungsanlage weist mehrere aneinan der, ineinander und/oder nebeneinander angeordnete Brenner auf, wobei ein erster Brenner ein Zündbrenner mit feststehender Leistung ist und der oder die weiteren Brenner feststehende Leistungen aufweisen, wobei die Leistungen der weiteren Brenner Vielfache voneinander sind. Weiterhin umfasst die Brennereinheit bevorzugt ein Steuer gerät, das mittels eines vor jedem der Brenner angeordneten schaltbaren Ventils den jeweiligen Brenner wahlweise mit der feststehenden Leistung oder vollständig ausge schaltet betreiben kann.
Die erfindungsgemäße Heizungsanlage mit einem Heizkreis weist wenigstens eine erfindungsgemäße Brennereinheit sowie wenigstens einen mit dem Vorlauf der Bren nereinheit verbundenen Wärmeverbraucher sowie einen Rücklauf zur Rückführung eines im Heizkreis befindlichen Heizmediums von dem wenigstens einen Wärmever braucher zur Brennereinheit auf.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Brennereinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Brennereinheit, weist als Verfahrensschritte zunächst das Zünden und Betreiben eines Zündbrenners auf, während im weiteren Betrieb mittels eines kontinuierlichen und/oder bedarfsweisen Aktivierens bzw. Deaktivierens weiterer aneinander, ineinander und/oder nebeneinander angeordneter Brenner eine feinstufige Regelung der benötigten Brennerleistung mittels jeweils eines zwischen den Zuständen „an“ und„aus“ schaltbaren Ventils erreicht werden kann, wobei jeder Brenner mit gleichbleibender bzw. festgelegter Leistung betrieben wird und die Gesamtleistungsrege lung der Brennereinheit durch das Zu- und Abschalten der einzelnen Brenner erfolgt.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Brennereinheit kann in einfacher Weise ein Betrieb in einem idealen Verbrennungszustand über den gesamten Leistungsbereich und somit ein geringerer Gasverbrauch erreicht werden. Zudem weist die Brennereinheit eine genauere, bessere Regelbarkeit auf, wodurch ein Überhitzen der Brennereinheit bzw. Überheizen eines in der Heizungsanlage zirkulierenden Heizmediums verhindert werden kann. Zudem ist die Brennereinheit aufgrund des einfachen Aufbaus besonders günstig herzustellen und weist weiterhin einen geringen Wartungsaufwand auf, was zusätzlich zum effizienteren Betrieb zu einer weiteren Senkung der Betriebskosten führt.
Die Brennereinheit ist grundsätzlich ein Teil einer Heizungsanlage, die die Brenner aufweist, mittels denen ein Brennstoff, bevorzugt Gas, in Wärme umgewandelt wird. Bei der Brennereinheit kann es sich sowohl um eine in sich geschlossene Einheit handeln, als auch um eine lediglich funktionale Einheit verschiedener Komponenten einer Heizungs anlage, die körperlich an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind. Bevorzugt sind alle Bestandteile der Brennereinheit Teile eines Heizkessels und besonders bevorzugt in und/oder an dem Heizkessel angeordnet. Neben der Brennereinheit kann der Heizkessel jedoch noch beliebige andere Bauteile aufweisen. Ebenfalls bevorzugt ist die Bren nereinheit zum Betrieb mit einem gleichbleibenden Druck und/oder einer gleichblei benden Zusammensetzung des Luft-Gasgemisches vorgesehen, um einen idealen Ver brennungszustand zu gewährleisten.
Eine Heizungsanlage ist grundsätzlich eine beliebige Anlage zum Erzeugen und zur Abgabe von Wärme, insbesondere in einen zumindest teilweise, bevorzugt vollständig geschlossenen oder schließbaren Raum. Dabei ist die Heizungsanlage bevorzugt eine Zentralheizung, insbesondere zum Heizen eines Gebäudes, eines Hauses, einer Woh nung, einer Gebäudeetage oder dergleichen. Dabei weist eine Heizungsanlage grundsätz lich wenigstens einen Wärmeerzeuger, insbesondere einen Heizkessel, mit wenigstens einer Brennereinheit und wenigstens einen Wärmeverbraucher auf, die in einem Heiz kreis miteinander verbunden sind.
Die einzelnen Brenner der Brennereinheit sind bevorzugt derart angeordnet, dass die eine Flamme aufweisenden und/oder wärmeabgebenden Enden in die gleiche Richtung zeigen und/oder innerhalb einer Ebene angeordnet sind. Dabei können die einzelnen Brenner vollständig nebeneinander, unmittelbar aneinander und/oder ineinander angeordnet sein. Auch eine Kombination der vorgenannten Anordnungen ist denkbar, beispielsweise eine Anordnung der Brenner aneinander im Inneren des Brenners mit der größten Leistung.
Erfindungsgemäß weist die Brennereinheit einen Zündbrenner auf, der bevorzugt für den Dauerbetrieb ausgelegt ist. Dieser Brenner hat dabei die Funktion, die niedrigste Stufe der Leistung im Betrieb der Brennereinheit bereitzustellen und zudem bevorzugt, zu gewährleisten, dass durchgehend eine Zündflamme brennt und somit das Gas beim Einleiten in einen der weiteren Brenner umgehend zündet, ohne dass eine weitere Zündvorrichtung notwendig ist. Entsprechend weist der Zündbrenner bevorzugt eine Zünd- und/oder Überwachungselektrode auf, während besonders bevorzugt wenigstens ein Teil der weiteren Brenner und ganz besonders bevorzugt alle weiteren Brenner zündelektrodenfrei gestaltet sind. Grundsätzlich kann aber auch eine beliebige andere Zündvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ein Glühzünder, eine Zündelektrode oder ein weiteres Flammrohr, das dann besonders bevorzugt eine deutlich geringere Leistung aufweist als die übrigen Brenner. Eine solche weitere Zündvorrichtung kann dabei den Zündbrenner ersetzen oder zusätzlich dazu vorgesehen sein. Wird der Zünd brenner ersetzt, weisen die beiden leistungsschwächsten weiteren Brenner bevorzugt eine identische Leistung auf. Bevorzugt weist lediglich der Zündbrenner eine Flamm- überwachung auf, wobei grundsätzlich die weiteren Brenner auch eine Flammüberwa- chung haben könnten. Dabei ist die Leistung des Zündbrenners weiterhin bevorzugt kleiner oder maximal genauso groß wie die Leistung der weiteren Brenner der Bren nereinheit, wobei der Zündbrenner besonders bevorzugt ebenfalls zum Heizen, insbe sondere zum Erwärmen eines Heizmediums, verwendet wird. Besonders bevorzugt weist der Zündbrenner eine mit dem schwächsten der weiteren Brenner identische Leistung auf. Schließlich hat der Zündbrenner bevorzugt eine feststehenden bzw. festgelegte Leistung. Im Betrieb der Brennereinheit ist der Zündbrenner bevorzugt der erste Bren ner der gezündet wird und/oder der während des gesamten Betriebs brennt. Grundsätz lich ist jedoch auch denkbar, den Zündbrenner auszuschalten und nur weitere Brenner zu betreiben. Besteht kein Bedarf weiterer Wärmeleistung kann auch der Zündbrenner ausgeschaltet werden, wobei der Zündbrenner bevorzugt zuletzt nach allen weiteren Brennern deaktiviert wird.
Wenigstens die weiteren Brenner weisen eine festgelegte bzw. feststehende Leistung auf, die bevorzugt der maximalmöglichen Leistung des Brenners und/oder der Leistung des Brenners entspricht, die einen idealen Verbrennungszustand ermöglicht. Insbesondere bevorzugt ist die gleichbleibende Leistung der Brenner die Leistung, bei der der Brenner einen idealen Wirkungsgrad aufweist. Besonders bevorzugt ergeben sich die jeweilige festgelegte bzw. feststehende Leistung des weiteren Brenners aus den Dimensionen, insbesondere der Querschnittsfläche und/oder dem Durchmesser, des Brenners, die besonders bevorzugt derart gestaltet sind, dass die durch die Brenner hindurchströmen den Gasmengen in einem festgelegten Verhältnis zueinander stehen. Ganz besonders bevorzugt sind die weiteren Brenner nicht für eine Leistungsregulierung vorgesehen und/oder die Brennereinheit bzw. die Heizungsanlage weist keine Mittel zur Regulie rung der Leistung der weiteren Brenner auf.
Erfindungsgemäß ist vor jedem Brenner ein schaltbares Ventil angeordnet, das bevor zugt ein 2 Wege - 2 Positionen - Ventil ist. Das schaltbare Ventil ist besonders bevor zugt lediglich zwischen den Zuständen„an“ und„aus“ bzw.„vollständig geöffnet“ und „vollständig geschlossen“ schaltbar, d.h., das Ventil ist digital schaltbar. Ganz besonders bevorzugt ist das Ventil lediglich zwischen diesen Zuständen schaltbar, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige Gestaltung der Brennereinheit bzw. Heizungsan lage möglich ist. Insbesondere bevorzugt ist das Ventil ein Magnetventil. Grundsätzlich kann das schaltbare Ventil ein Teil der Brennereinheit sein oder aber Teil der übrigen Heizungsanlage, das nicht unmittelbar am Brenner bzw. der Brennereinheit angeordnet sein muss. Bevorzugt ist das schaltbare Ventil jedoch unmittelbar vor jedem Brenner angeordnet und/oder ein Teil einer Luft-Gasmischeinheit.
Die Gesamtleistung der Brennereinheit wird durch das An- und Abschalten der weiteren Brenner zu dem Zündbrenner reguliert, wodurch nicht wie beim Stand der Technik eine Regelung über die Leistung des einzigen bzw. der einzelnen Brenner erfolgt, sondern durch einen digitalen Betrieb, d.h. durch eine Kombination an- und ausgeschalteter Brenner unterschiedlicher Leistungen.
Bei dem Steuergerät handelt es sich grundsätzlich um eine Vorrichtung, die u.a. zur Steuerung der schaltbaren Ventile und somit zur Einstellung der Gesamtleistung wenigs tens einer Brennereinheit vorgesehen ist. Dabei kann das Steuergerät ein getrenntes Bauteil von den Brennern sein und/oder muss nicht unmittelbar an der Brennereinheit angeordnet sein. Bevorzugt steuert ein einziges Steuergerät alle Brenner einer Bren nereinheit und insbesondere dabei alle schaltbaren Ventile. Bei einer Anordnung mehre rer Brennereinheiten als Teil eines Heizkessels und/oder einer Heizungsanlage können alle Brennereinheiten von einem einzigen Steuergerät oder aber jede Brennereinheit von einem eigenen Steuergerät gesteuert sein. Schließlich ist auch eine Kombination dessen möglich, beispielsweise von zwei Steuergeräten für drei Brennereinheiten. Ebenfalls bevorzugt sind mehrere Steuergeräte eines Heizkessels und/oder einer Heizungsanlage zum Datenaustausch miteinander verbunden. In der Heizungsanlage bzw. im Heizkreis zirkuliert ein Heizmedium, das speziell aufbe reitetes Wasser, welches gegebenenfalls mit Zusätzen, beispielsweise zum Korrosions oder Frost- bzw. Gefrierschutzmittel, versetzt sein kann. Weiterhin kann das Heizmedi um auch reines Wasser, Leitungswasser oder eine anderweitige flüssige Substanz bzw. ein flüssiges Gemisch sein.
Erfindungsgemäß beträgt die Leistung der weiteren Brenner jeweils ein Vielfaches voneinander. Grundsätzlich kann dieses Vielfache zwischen den jeweiligen Leistungen aller aufeinanderfolgender weiterer Brenner unterschiedlich sein. Bevorzugt ist dieses Vielfache jedoch zwischen aufeinanderfolgenden Brennern jeweils identisch. Dabei ist das Vielfache besonders bevorzugt genau das Doppelte, d.h. der zweite weitere Brenner hat die doppelte Leistung des ersten weiteren Brenners, der dritte weitere Brenner hat die doppelte Leistung des zweiten weiteren Brenners und so weiter. Ganz besonders bevorzugt ist die Leistung eines jeden weiteren Brenners ein ganzzahliges Vielfaches des vorherigen Brenners. Es sind aber auch andere Vielfache möglich, bevorzugt zwischen 1,2 und 5, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 4 und ganz besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 3. Weiterhin bevorzugt weisen wenigstens die weiteren Brenner alle voneinander unterschiedliche Leistungen und/oder Durchmesser auf, wobei jeder weitere Brenner bevorzugt die doppelte Leistung des vorherigen Brenners hat, wodurch in besonders einfacher Weise eine feinschrittige Einstellung der Gesamtleistung ermöglicht wird. Dabei kann der Zündbrenner ebenfalls eine von den weiteren Brennern unterschiedliche Leistung oder aber eine mit einem der weiteren Brenner, insbesondere dem leistungs schwächsten weiteren Brenner, identische Leistung aufweisen. Die jeweilige Verdopp lung der Leistung führt somit dazu, dass die Gesamtleistung in Leistungsstufen bis zum Doppelten der Einzelleistung des stärksten Brenners in Schritten entsprechend der Einzelleistung des schwächsten Brenners feinschrittig eingestellt werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennereinheit umfasst jeder der Brenner ein Flammrohr und ist insbesondere als ein Flammrohr gebildet, wodurch eine besonders einfache und kostengünstige sowie wartungsarme Gestaltung der Brenner erreicht wird. Somit entspricht die Brennereinheit bevorzugt einem Mehr- Flammrohrbrenner eines Heizkessels. Neben einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit Flammrohren ist jedoch auch eine Gestaltung mit einem beliebigen anderen Brenner möglich. Alle Brenner, insbesondere Flammrohre, sind bevorzugt parallel zueinander angeordnet und/oder weisen zueinander identische Längen und/oder Radien auf. Grundsätzlich können dabei die Flammrohre beliebige, der festgelegten Leistung entsprechende Radien aufweisen. Bevorzugt beträgt der Flamm- rohrradius jedoch zwischen 0,25 cm und 10 cm, besonders bevorzugt zwischen 0,5 cm und 6 cm und ganz besonders bevorzugt zwischen 1 cm und 4 cm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennereinheit sieht vor, dass der Zündbrenner und einer der weiteren Brenner eine identische Leistung und/oder den gleichen Querschnitt, insbesondere den gleichen Flammrohrdurchmesser, aufweisen, wobei die Leistung insbesondere bevorzugt 1 kW bzw. 1 % der maximalen Gesamtleis tung beträgt. Dabei ist der weitere Brenner mit der identischen Leistung bevorzugt der Leistungsschwächste der weiteren Brenner. Unter dem Querschnitt bzw. der Quer schnittsfläche des Brenners wird die Fläche verstanden, die normal zur Mittellängsachse und/oder der Strömungsrichtung des Luft-Gasgemisches im Brenner angeordnet ist.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennereinheit beträgt die Anzahl der weitere Brenner maximal acht. Grundsätzlich ist jedoch eine beliebige Anzahl an weiteren Brennern denkbar. Dabei liegt die Anzahl der weiteren Brenner bevorzugt zwischen 1 und 10, besonders bevorzugt zwischen 1 und 8, ganz besonders bevorzugt zwischen 2 und 7 und insbesondere bevorzugt zwischen 2 und 6. Ebenfalls bevorzugt beträgt die Leistung des Zündbrenners 1 kW und/oder der weiteren Brenner 1 kW, 2 kW, 4 kW, 8 kW, 16 kW, 32 kW und 36 kW oder 64°kW, wodurch in vorteilhafter Weise mit weiteren Brennern zwischen 1 kW und 32 kW eine maximale Gesamtleistung von 63 kW + 1 kW des Zündbrenners erreicht wird bei einer kleinstmög- lichen Feinregulierung zwischen 1 kW und 64 kW in 1 kW-Schritten.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführung bei der zusätzlich zu einem Zündbrenner sieben weitere Brenner vorgesehen sind, wobei besonders bevorzugt die Leistung des Zündbrenners 1 % der Gesamtleistung ausmacht und die weiteren Brenner 1 %, 2 %, 4 %, 8 %, 16 %, 32 % und 36 % der Gesamtleistung bereitstellen, wodurch eine feinschrittige Einstellung zwischen 1 % und 100 % der Gesamtleistung in Schritten von 1 % möglich ist. Ebenfalls bevorzugt entspricht die Leistung des Zündbrenners und/oder der einzelnen weiteren Brenner jeweils dem gleichen Vielfachen der vorgenannten Leistungswerte. Zudem können dabei auch weitere Brenner weggelassen werden.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Brennereinheit sieht vor, dass die Leistung des leistungsstärksten Brenners einen feststehenden Anteil der Gesamtleistung, besonders bevorzugt 50 %, ausmacht und die Leistung jedes weiteren, leistungsschwächeren Brenners den gleichen Anteil der verbleibenden Restleistung ausmacht. Somit beträgt die Leistung des stärksten Brenners bezogen auf die Gesamt leistung der Brennereinheit beispielsweise 50 %, die des zweitstärksten Brenners dann entsprechend noch 25 %, die des drittstärksten Brenners noch 12,5 % usw. Bei fünf Leistungsstufen beträgt dann beispielsweise die Leistung des schwächsten bzw. der beiden schwächsten Brenner 1/32 bzw. 3,125 % der Gesamtleistung und bei sieben Leistungsstufen entsprechend 1/128 bzw. 0,78125 %. Die beiden leistungsschwächsten Brenner haben ganz besonders bevorzugt eine identische Leistung.
Die Feinregulierbarkeit der erfindungsgemäßen Brennereinheit, beispielsweise in Schritten von 1 % ermöglicht es zudem in vorteilhafter Weise, die Gesamtleistung der Brennereinheit mittels einer regelbaren Gasarmatur auf den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen, sodass identische Brennereinheiten durch eine Einstellung über den maxi mal verfügbaren Gasdruck mittels der Gasarmatur mit deutlich unterschiedlichen Maximalleistungen und somit auch unterschiedlichen Leistungsstufen betrieben werden können. Somit stellt die Erfindung also einen universellen Brenner mit einer universalen Steuerung bereit, die in gleichem Maße für eine Heizungsanlage mit 18 kW Gesamtleis tung, wie mit 1 MW Gesamtleistung gilt. Insbesondere wenn die Steuerung des erfin dungsgemäßen Brenners mit einem elektronischen Gaszähler und/oder einer elektrisch einstellbaren Gasarmatur kommunizieren kann, kann eine automatische Gaseinstellung auf eine konstante Gesamtleistung erfolgen, die zum Beispiel Anpassungen in Abhängig keit des Brennwertes des aktuell verbrannten Gases vornimmt. Somit ist eine automati sche Leistungssteuerung bzw. -regelung möglich.
Weiterhin bevorzugt ist eine Gestaltung der erfindungsgemäßen Brennereinheit bei der alle weiteren Brenner, insbesondere alle Flammrohre, einzeln nebeneinander und/oder verteilt innerhalb des größten Brenners, insbesondere Flammrohrs, angeordnet sind, wobei bevorzugt wenigstens zwei benachbarte Brenner bzw. Flammrohre, eine gemein same, die Brenner bzw. Flammrohre voneinander trennende Wandung aufweisen. Bevorzugt ist auch zusätzlich der Zündbrenner innerhalb des größten Brenners angeord net oder als Abschnitt dessen gebildet. Ebenfalls bevorzugt sind alle übrigen Flammroh re einzeln und nebeneinander und/oder voneinander beabstandet im Inneren des größten Flammrohres angeordnet. Alternativ bevorzugt ist eine Anordnung von wenigs tens zwei, besonders bevorzugt von allen Flammrohren koaxial zueinander, wobei der Zündbrenner, insbesondere das Zündflammrohr, an einer beliebigen Position angeord net sein kann. Ganz besonders bevorzugt ist das innerste Rohr zweigeteilt und bildet in einer Hälfte den Zündbrenner, insbesondere das Zündflammrohr, und in der anderen Hälfte den ersten Brenner, wobei der Zündbrenner und der erste Brenner insbesondere bevorzugt dabei einen identischen Querschnitt und/oder eine gleiche Leistung aufwei sen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennereinheit sind die einzelnen Brenner, insbesondere Flammrohre, durch voneinander getrennte Abschnitte eines einzigen großen Gesamtbrenners bzw. -flammrohrs gebildet, wobei jeder der einen Brenner bzw. ein Flammrohr bildenden Abschnitte eine feststehende Querschnittsfläche aufweist. Insbesondere bevorzugt ist eine Gestaltung mit dem größten Flammrohr im Inneren des Gesamtflammrohrs und den übrigen Flammrohren aufgeteilt auf Abschnitte eines äußeren Rings, wobei die Abschnitte besonders bevorzugt jeweils durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Alternativ ist auch eine Gestaltung denkbar, bei der das größte Flammrohr den äußeren Ring bildet. Die übrigen Flammrohre sind dann entweder aus Teilen eines einzigen inneren Abschnitts gebildet oder bestehen aus Abschnitten eines mittleren Rings um das Zündflammrohr herum.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Brennereinheit sind alle Brenner, insbesondere alle Flammrohre, nebeneinander und/oder verteilt innerhalb eines soliden Brennerblocks angeordnet, d.h., die einzelnen Flammrohre sind als Ausnehmungen innerhalb eines soliden Brennerkörpers gebildet.
Darüber hinaus ist jedoch auch denkbar, die Brennereinheit und/oder die einzelnen Brenner derart zu gestalten, dass jeder Brenner durch einen festgelegten Oberflächenab schnitt einer einzigen Flächendüse bzw. eines Keramikbrenners gebildet ist, wobei bevorzugt jeder der Brenner mit einem eigenen Ventil und/oder einer eigenen Gaszu fuhrleitung verbunden ist. Dabei ist bevorzugt die Fläche jedes weiteren Brenners ein Vielfaches der Fläche des vorherigen Brenners auf der Oberfläche der Flächendüse bzw. des Keramikbrenners. Ebenfalls besonders bevorzugt macht die Fläche des leistungs stärksten Brenners dabei 50 % der Gesamtbrennerfläche aus und ganz besonders bevorzugt beträgt die Fläche jedes weiteren Brenners jeweils 50 % der verbleibenden Brennerfläche. Alternativ kann der Anteil des leistungsstärksten Brenners auch einen anderen Flächenanteil der Gesamtbrennerfläche ausmachen. Schließlich ist es bevor zugt, dass die beiden leistungsschwächsten Brenner eine identische Brennerfläche aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Heizungsanlage sind mehrere Brennereinheiten und/oder Heizkessel mit je einer Brennereinheit im Heizkreis angeordnet und dabei bevorzugt in Reihe geschaltet, insbesondere in einer Flussrichtung des Heizmediums zwischen Rücklauf und Vorlauf, wodurch in einfacher Weise eine feinstufige Gesamtleistungsregelung über einen noch größeren Leistungsbereich ermög licht wird. Insbesondere bevorzugt sind die Brennereinheiten unmittelbar hintereinan der in Reihe geschaltet. Ebenfalls bevorzugt ist die Brennereinheit mit der geringsten Gesamtleistung und/oder kleinschrittigsten Leistungsregulierung in Flussrichtung des Heizmediums zuletzt angeordnet. Besonders bevorzugt sind die einzelnen Brennerein heiten im Heizkreis und/oder entlang der Flussrichtung des Heizmediums mit abstei gender Gesamtleistung angeordnet.
Grundsätzlich ist auch eine Kombination wenigstens einer erfindungsgemäßen Bren nereinheit mit einem konventionellen und/oder leistungsregulierten Brenner bzw. Heizkessel möglich. Zudem ist eine Kombination mit einem beliebigen anderen Heizkes sel, beispielsweise einem Festbrennstoffbrenner oder einer beliebigen anderen Heizvor richtung, beispielsweise einer Solarheizungsanlage bzw. Solarthermieanlage, einem Luftwärmetauscher oder einer Erd- oder Fernwärmeheizung, denkbar.
Weiterhin können auch alle Brennereinheiten bezüglich der größtmöglichen Gesamtleis tung und/oder der Einzelleistungen aller Brenner identisch sein. Besonders bevorzugt sind alle Brennereinheiten der Heizungsanlage vollständig identisch. Insbesondere bevorzugt ist jedoch eine Gestaltung der Erfindung bei der im Heizkreis wenigstens eine erste Brennereinheit und eine zweite Brennereinheit angeordnet sind, wobei der leis tungsschwächste Brenner der zweiten Brennereinheit die identische oder doppelte Leistung des leistungsstärksten Brenners der ersten Brennereinheit aufweist, wodurch die zweite Brennereinheit die Gesamtleistung bei gleichbleibender Feinschrittigkeit weiter vergrößert. Zum Beispiel kann die erste Brennereinheit einen Zündbrenner mit l kW sowie fünf weitere Brenner mit l kW, 2 kW, 4 kW, 8 kW und 16 kW aufweisen. Die zweite Brennereinheit hat ebenfalls einen Zündbrenner und drei Brenner mit 32 kW,
64 kW und 128 kW. Es ist auch denkbar, dass die zweite Brennereinheit nur einen weiteren Brenner, insbesondere im vorgenannten Beispiel mit 32 kW, hat.
Die Zündbrenner aller Brennereinheiten haben bevorzugt identische Leistungen, insbe sondere von 1 kW bzw. 1 % der Gesamtleistung. Grundsätzlich können die Zündbrenner aber auch voneinander abweichende Leistungen aufweisen. Die mehreren Brennerein heiten können dabei jeweils beliebig viele Brenner aufweisen, wobei bevorzugt neben dem Zündbrenner wenigstens ein weiterer Brenner vorgesehen ist. Besonders bevorzugt weisen alle Brennereinheiten wenigstens zwei Brenner auf.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Heizungsanlage weist keinen Boiler bzw. keinen Warmwasserspeicher auf. Insbesondere bevorzugt ist dabei der gesamte Heizkreis pufferspeicherfrei gebildet. Eine pufferfreie Gestaltung des Heizkrei ses ermöglicht dabei einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau der Hei zungsanlage. Zudem werden Probleme mit einer Verkeimung des Warmwassers, insbe- sondere durch Legionellen vermieden. Unter einem pufferspeicherfreien Heizkreis wird zunächst jeder Heizkreis verstanden, der kein Volumen aufweist, das zur Speicherung von aufgeheiztem Heizmedium und/oder Warmwasser vorgesehen ist und dabei größer als 50 Liter, bevorzugt größer als 10 Liter, besonders bevorzugt größer als 5 Liter und ganz besonders bevorzugt größer als 1 Liter ist. Insbesondere weist der Heizkreis kein separates Bauteil auf, das als wesentliche Funktion die Speicherung von erwärmtem Heizmedium und/oder Warmwasser hat.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht eine bedarfsge rechte Steuerung mittels des Wärmezählers durch Messung der Vorlauf- und Rücklauf- temperatur sowie des Wärmeflusses sowie einer nachfolgenden Ermittlung der benötig ten Wärmemenge vor. Anschließend erfolgt dann eine entsprechende Regelung der Brennereinheit zum überschussfreien Bereitstellen der benötigten Wärme. Dabei erfolgt insbesondere die Ermittlung der benötigten Wärmemenge ohne eine festgelegte Heiz kurve.
Besonders bevorzugt ist dabei ein Verfahren, bei dem zunächst mittels eines im Heiz kreis, insbesondere am Rücklauf, angeordneten Wärmezählers durchgehend oder in Intervallen die Wärme des durch den Wärmezähler strömenden Heizmediums gemessen wird, wobei insbesondere durch den Wärmezähler der Volumenstrom des Heizmediums und zugleich die Temperatur erfasst werden. Anschließend wird wenigstens auf Basis der gemessenen Wärme die benötigte Heizleistung der wenigstens einen Brennereinheit berechnet und die Brennereinheit bedarfsweise derart durch An- und Abschalten der einzelnen Brenner der Brennereinheit geregelt betrieben, so dass am Vorlauf der Hei zungsanlage bzw. der Brennereinheit, an den die Wärmeverbraucher angeschlossen sind, eine vordefinierte Soll-Vorlauftemperatur des Heizmediums erreicht wird, insbesondere ohne dass es zu einem Überhitzen der Brennereinheit bzw. des die Brennereinheit aufweisenden Brennkessels kommt und/oder ohne dass es zu starken Schwankungen der Vorlauftemperatur aufgrund einer schlechten Regelbarkeit der Brennereinheit kommt, wie es bei den Brennereinheiten des Standes der Technik gegenwärtig der Fall ist, die lediglich in einem Bereich zwischen etwa 30 % und 100 % der Maximalleistung regelbar sind. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Berechnung der benötigten Heizleistung zusätzlich auf Basis der mittels eines Außenfühlers ermittelten Außentemperatur. Weiterhin bevorzugt erfolgt die Berechnung mittels des Steuergeräts der Brennereinheit und/oder der Heizungsanlage.
Hierdurch kann insbesondere in vorteilhafter Weise eine besonders genaue Regelung der Heizungsanlage mit geringer Überschusswärme und somit mit einem hohen Wir- kungsgrad erreicht werden. Dabei gewährleistet die Messung der im Heizmedium verbliebenen Restwärme im Bereich des Rücklaufs weiterhin vorteilhaft eine, insbeson dere durchgehende, bedarfsgerechte Steuerung der Heizleistung der Brennereinheit und ein besonders präzises Erreichen der Solltemperatur am Vorlauf der Heizungsanlage bzw. an der Zuleitung zu den Wärmeverbrauchern. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung eines Wärmezählers am Rücklauf der Brennereinheit die Berechnung des Wärmeverlustes der gesamten Heizungsanlage und damit eine Rückmeldung zum Wärmeverlust des betreffenden Gebäudes. Weiterhin wird durch eine durchgängige Reglung der Leistung der Brennereinheit ein besonders effizienter und brennstoffarmer Betrieb der Heizungsanlage ermöglicht.
Besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung der benötigten Heizleistung der Bren nereinheit bzw. der gesamten Heizungsanlage wenigstens durch Multiplikation des mittels des Wärmezählers gemessenen Volumenstroms des Heizmediums, der spezifi- sehen Wärmekapazität des Heizmediums sowie der Different aus Solltemperatur des Vorlaufs und der Ist-Temperatur des Rücklaufs im Bereich des Wärmezählers. Eine solche Berechnung ermöglicht es, die Wärmezufuhr durch wenigstens einen Wärmeer zeuger exakt an den Wärmebedarf der Wärmeverbraucher bzw. des Heizkreises anzu passen.
Der Wärmeverlust Qist der Heizungsanlage bzw. des Heizkreises kann dabei wie folgt aus der Vorlauftemperatur TV, der Rücklauftemperatur TR, dem aktuellen Volumenstrom des Heizmediums m und der spezifischen Wärmekapazität c berechnet werden:
Qist = c - m - (Tv ~ Ts)
Die Soll-Wärmeleistung Qsoii des Wärmeerzeugers kann weiterhin mittels des Wärme zählers aus der Soll-Vorlauftemperatur Ts, der Rücklauftemperatur TR, dem aktuellen Volumenstrom des Heizmediums rii und der spezifischen Wärmekapazität c berechnet werden, wobei die Soll-Vorlauftemperatur Ts bevorzugt mittels des Steuergeräts oder einer Heizungssteuerung und/oder Kesselregelung, insbesondere unter Berücksichti gung der Außentemperatur und/oder mittels einer Heizkurve, berechnet wird:
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Eine vorteilhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mittels der Daten eines vor der Brennereinheit angeordneten Gaszählers und bevorzugt zusätz lich eines zwischen der Brennereinheit und dem Heizkreis angeordneten Wärmezählers eine kontinuierliche oder periodische Berechnung des Wirkungsgrades der Brennerein- heit bzw. der gesamten Heizungsanlage vorgenommen wird, wobei besonders bevorzugt jeder ermittelte Wirkungsgrad mit einem bei der Inbetriebnahme gemessenem Wir kungsgrad als Referenz abgeglichen wird. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine bedarfsweise Wartung und ein besonders wirtschaftlicher Betrieb möglich, da Defekte, Verschleiß und Verschmutzungen besonders früh gefunden und behoben werden kön nen. Dazu wird insbesondere bevorzugt der elektronische Gaszähler elektronisch mit dem Steuergerät der Brennereinheit verbunden. Grundsätzlich kann es sich bei dem Gaszähler um eine beliebige Vorrichtung zur Messung der durchströmenden Gasmenge handeln. Bevorzugt ist der Gaszähler ein Einrohr-Gaszähler, der weiterhin bevorzugt mechanisch an die Gaszuleitung der Heizungsanlage bzw. der Brennereinheit ange schlossen und/oder elektronisch auslesbar ist. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung des Wirkungsgrades in Echtzeit, d.h., ohne Zeitverzögerung während des Betriebs der Heizungsanlage.
Weiterhin bevorzugt wird ein Verfahren zum Betrieb der Brennereinheit, insbesondere der Heizungsanlage, bei der die Nutzwassererwärmung vor der Heizwassererwärmung Priorität hat. Hingegen wird weiterhin bevorzugt in einem ausschließlichen Heizbetrieb ohne Nutzwassererwärmung die Vorlauftemperatur nicht auf einen konstanten Wert, insbesondere 20 °C eingestellt, sondern auf Basis der mittels eines Außenfühlers gemes senen Temperatur berechnet. Schließlich ist bevorzugt, dass bei einer großen Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur die Pumpleistung und bevorzugt zugleich der Frischluftdruck sowie ganz besonders bevorzugt auch die Gaszu fuhr erhöht wird, wodurch es zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit im Heizkreislauf und/oder zu einer Erhöhung der Brennerleistungen kommt. Dazu kann ein Frischluftkompressor und die Pumpe für das Heizmedium mit einem gemeinsamen Motor betrieben werden, sodass eine Erhöhung der Frischluftzufuhr automatisch mit einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Heizmediums einhergeht.
Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführung der Brennereinheit weist jeder Brenner eine Gaszufuhrleitung mit einem Gasventil und eine Luftzufuhrleitung mit einem Luftventil auf. Beide Ventile sind bevorzugt als Magnetventile gebildet. Dabei ist bevorzugt, dass beim Einschalten der Brennereinheit vor dem Zünden des ersten Brenners alle Luftven tile für einen festgelegten Zeitraum geöffnet werden, um die Brenner vorzubelüften und somit ein möglicherweise explosionsfähiges Gasgemisch auszuspülen, und erst anschlie ßend das Gasventil des oder der Brenner zu öffnen, die gezündet werden sollen. Beson ders bevorzugt wird im Betrieb der Brennereinheit jeder einzelne Brenner jeweils vor dem Zünden vorbelüftet. Die Dauer der Vorbelüftung ist ganz besonders bevorzugt vorgegeben und ergibt sich aus dem Volumen des jeweiligen Brenners sowie dem Quer- schnitt der Luftzufuhrleitung bzw. dem Volumenstrom der Luft. Alternativ oder zusätz lich kann auch bei dem Ausschalten eines einzelnen Brenners und/oder der gesamten Brennereinheit ein Nachbelüften erfolgen, indem zunächst das Gasventil geschlossen wird und für eine festgelegte Zeit das Luftventil noch offengehalten wird, sodass der jeweilige Brenner mit Luft gespült wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Brennereinheiten sowie erfindungs gemäßer Heizungsanlagen werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Brennereinheit,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Brennereinheit,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer dritten Brennereinheit,
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung einer Heizungsanlage mit einer Brennereinheit, und
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung einer Heizungsanlage mit drei Brennereinheiten.
Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Brennereinheit 1 weist einen Zündbrenner 3 sowie fünf weitere Brenner 4a-e auf. Jeder der Brenner 3, 4a-e ist dabei als ein Flammrohr gebildet, wobei alle Flammrohre eine gleiche Länge aufweisen, mit zueinander parallelen Mittellängsachsen angeordnet sind und zudem in einer gemeinsamen Ebene enden. Der Zündbrenner 3 sowie vier der weiteren Brenner 4a-c sind innerhalb des Brenners 4e mit dem größten Durchmesser angeordnet. Der jeweilige Durchmesser bzw. die Quer schnittsfläche der Brenner 3, 4a-e ist proportional zur Leistung der Brenner 3, 4a-e.
Bei dieser Ausführung der Brennereinheit 1 hat der Zündbrenner 3 sowie der Brenner 4a mit dem kleinsten Durchmesser jeweils eine Leistung von 1 kW. Die nachfolgenden weiteren Brenner 4b-e haben Leistungen von 2 kW, 4 kW, 8 kW und 16 kW bzw. 3,125 %, 6,25 %, 12,5 %, 25 % und 50 % der Gesamtleistung. Bei dem Betrieb der Brennereinheit 1 wird der Zündbrenner 3 gezündet und dauerhaft betrieben. Durch selektives Zu- und Abschalten der weiteren Brenner 4a-e kann nun die Gesamtleistung Poesamt der Bren nereinheit 1 zwischen 1 kW - mit lediglich dem Zündbrenner 3 brennend - und 32 kW - mit allen Brennern 3, 4a-e brennend - in Schritten von 1 kW reguliert werden. Die dazu jeweils zu betreibenden Brenner 3, 4a-e sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt.
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Tabelle 1: Anse laltzustände der einzelnen Brenner zum Erreichen einer vorgegebenen
Gesamtleistung (Poesamt)
Bei einer in Fig. 2 schematisch dargestellten, zweiten Ausführung einer Brennereinheit 1 sind ein Zündbrenner 3 sowie fünf Brenner 4a-e aneinander angeordnet. Dabei sind alle Brenner 3, 4a-e abermals als Flammrohre gebildet. In der Mitte der Brennereinheit 1 ist der Brenner 4e mit dem größten Durchmesser mit einer Leistung von 16 kW angeordnet. Die übrigen Brenner 3, 4a-c sind über einen den inneren Brenner 4e umgebenden Ring verteilt, wobei die einzelnen Brenner 3, 4a-c jeweils durch Wandungen 7 voneinander abgetrennt sind. Der Zündbrenner 3 sowie der leistungsschwachste Brenner 4a haben abermals eine Leistung von jeweils l kW und die nachfolgenden weiteren Brenner 4b-e haben jeweils die doppelte Leistung des vorhergehenden Brenners 4a-c.
Bei einer in Fig. 3 schematisch dargestellten, dritten Ausführung einer Brennereinheit 1 sind alle als Flammrohre gebildeten Brenner 3, 4a-e parallel zueinander und nebenei nander innerhalb eines soliden Metallbrennerblocks angeordnet.
Eine Heizungsanlage 2 mit einer zuvor beschriebenen Brennereinheit 1 mit einem Zündbrenner 3 sowie sieben weiteren Brennern 4a-g ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Vor jedem der Brenner 3, 4a-g ist dabei eine Luft-Gasmischeinrichtung 11 mit einem Magnetventil 6, 6a-g angeordnet, wobei jedes dieser Magnetventile 6, 6a-g mittels eines einzigen mit allen Magnetventilen 6, 6a-g verbundenen Steuergeräts 5 zwischen einem vollständig geöffneten und einem vollständig geschlossenen Zustand umgeschaltet werden kann. In den Figuren 4 und 5 zeigen dabei gestrichelte Linien elektrische Ver bindungen und durchgezogene Linien Leitungen für Gase oder Flüssigkeiten. Das Steuergerät 5 ist weiterhin mit einer am Zündbrenner 3 angeordneten Zünd- und Überwachungselektrode 25 verbunden, mittels der der Zündbrenner 3 gezündet und der angeschaltete Zustand überwacht werden kann.
Die Zuführung des zu verbrennenden Gases zu den Luft-Gasmischeinrichtungen 11 erfolgt ausgehend von einer Gasleitung 15 durch ein Gassperrventil 14, einen Gasdruck regler 13 und eine Gasarmatur 12. Die Frischluftzufuhr zu den Luft-Gasmisch- einrichtungen 11 erfolgt mittels eines Luftkompressors 21 der die Luft zunächst kompri miert durch eine Brennerluftrohrleitung 22 in einen Luftdruckbehälter 23 leitet, bevor die komprimierte Luft durch einen Luftdruckregler 24 zu den Luft- Gasmischeinrichtungen 11 gelangt.
Die Brennereinheit 1 ist über einen Vorlauf 8 und einen Rücklauf 9 in einen Heizkreis integriert, wobei über den Vorlauf 8 das in der Brennereinheit 1 erhitzte Heizmedium nacheinander zunächst zu einem Warmwasserwärmetauscher 28 und nachfolgend zu einem Heizungswärmetauscher 30 gelangt, bevor es über den Rücklauf 9 zurück zur Brennereinheit 1 geleitet wird. Die Zirkulation des Heizmediums im Heizkreis wird mittels einer Heizmediumpumpe 19 erreicht, wobei ein Motor 20 zugleich die Heiz mediumpumpe 19 und den Luftkompressor 21 betreibt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Heizmediumpumpe 19 und der Luftkompressor 21 voneinander vollständig getrennte Einheiten mit jeweils einem eigenen Motor sind.
An den Warmwasserwärmetauscher 28 angeschlossen ist ein Warmwasserkreis, der neben einer vom Warmwasserwärmetauscher 28 kommenden Warmwasserleitung auch eine Kaltwasserleitung aufweist, wobei ein Thermomischer 29 zur Temperaturregulie rung vorgesehen ist.
An den Heizungswärmetauscher 30 ist ein Heizungskreis mit einem Wärme
verbraucher 33 angeschlossen, wobei unmittelbar hinter dem Heizungswärme tauscher 30 zunächst ein motorgesteuerter 3-Wege-Mischer 31 und nachfolgend eine Heizungspumpe 32 angeordnet sind. Der 3-Wege-Mischer 31 wird dabei von einer Heizungsregelung 34 gesteuert, die einen Außentemperaturfühler 35 umfasst.
Um eine bedarfsgerechte Steuerung der Brennereinheit 1 zu ermöglichen, ist im Rück lauf 9 des Heizkreises ein Wärmezähler 16 mit einem Rücklauftemperaturfühler 17 angeordnet, der den Volumenstrom und die Temperatur des Heizmediums im Rück lauf 9 erfassen. Weiterhin ist im Vorlauf 8 ein Vorlauftemperaturfühler 18 angeordnet, sodass die Temperaturdifferenz des Rücklaufs 9 zum Vorlauf 8 ermittelt werden kann, um die aktuell benötigte Wärmemenge zu ermitteln. Dies erfolgt mittels einer Bren nereinheitsregelung 26, die weiterhin mit einem Außenfühler 27 verbunden ist. Die Brennereinheitsregelung 26 empfängt dabei die Signale der beiden Temperaturfühler 17, 18 im Heizkreis sowie des Wärmezählers 16 und sendet Steuersignale an den Motor 20 sowie an das Steuergerät 5 der Brennereinheit 1.
Um zusätzlich auch den Wirkungsgrad der Heizungsanlage 2 bestimmen zu können, kann ein an der Gasleitung 15 angeordneter Gaszähler 10 ebenfalls mit der Brennerein heitsregelung 26 verbunden werden. Durch die Erfassung der zugeleiteten Gasmenge mittels des Gaszählers 10 sowie die Berechnung der von der Heizungsanlage 2 abgege benen Wärmemenge mittels des Wärmezählers 16 ist zu jedem Betriebszeitpunkt eine Bestimmung des Wirkungsgrads möglich.
Eine in Fig. 5 schematisch dargestellte weitere Ausführungsform einer Heizungsanlage 2 unterscheidet sich von der in Fig. 4 dargestellten Heizungsanlage 2 im Wesentlichen dadurch, dass zwischen dem Vorlauf 8 und dem Rücklauf 9 nicht eine, sondern drei Brennereinheiten 1, lB, lC in Reihe angeordnet sind, wobei die beiden weiteren Bren nereinheiten 2B, 2C jeweils nur einen Zündbrenner 3B, 3C sowie einen einzigen weiteren Brenner 4B, 4C mit einer Leistung von jeweils 32 kW aufweisen. Dadurch kann die Gesamtleistung in Stufen von 1 kW zwischen 1 kW und 98 kW eingestellt werden, wie es in der Tabelle 2 dargestellt ist.
Jede der weiteren Brennereinheiten lB, lC ist mit einem eigenen Steuergerät 5B, 5C verbunden, das jeweils vor den Brennern 3B, 4B, 3C, 4C angeordnete Magnetventile 6B, 6C steuert. Jeder der weiteren Ziindbrenner 3B, 3C weist eine Zünd- und Überwa chungselektrode 25B, 25C auf. Schließlich ist in jeder der Gaszuführungen zu den weiteren Brennereinheiten lB, lC jeweils eine weitere Gasarmatur eingebaut.
Die Verwendung mehrerer Brennereinheiten lA, lB, lC kann dabei mehrere Gründe haben. Zum einen kann eine bestehende Heizungsanlage 2 um weitere Brennereinheiten lA, lB, lC ergänzt werden, um die Gesamtleistung zu erhöhen. Zum anderen kann eine Brennereinheit lA gemäß der Erfindung hinzugefügt werden, um eine Regelung der Heizungsanlage 2 auch mit sehr geringen Leistungen zu ermöglichen, d.h., es kann eine bestehende Heizungsanlage 2 um eine Brennereinheit lA erweitert werden. Schließlich kann auch eine Heizungsanlage 2 aus mehreren Brennereinheiten lA, lB, lC neu gebil det werden, beispielsweise wenn aus räumlichen Gründen ein Aufbau mittels einer einzigen, entsprechend großen Brennereinheit lA nicht möglich ist.
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: Anschaltzustände der einzelnen Brenner von insgesamt drei Brenner- einheiten zum Erreichen einer vorgegebenen Gesamtleistung (Poesamt) Bezugszeichenliste
1 Brennereinheit
lB, C weitere Brennereinheiten
2 Heizungsanlage
3 Zündbrenner
3B, C Zündbrenner weiterer Brennereinheiten
4a-g weitere Brenner
4B, C Brenner weiterer Brennereinheiten
5 Steuergerät
5B, C weitere Steuergeräte
6 Ventil des Zündbrenners
6A Ventile des Zündbrenners weiterer Brennereinheiten
6a-g Ventil der weiteren Brenner
6B, C Ventile weiterer Brenner weiterer Brennereinheiten
7 Wandung
8 Vorlauf
9 Rücklauf
10 Gaszähler
11 Luft-Gasmischeinrichtung
12 Gasarmatur
12B, C Gasarmatur weiterer Brennereinheiten
13 Gasdruckregler
14 Gasabsperrventil
15 Gasleitung
16 Wärmezähler
17 Rücklauftemperaturfühler
18 Vorlauftemperaturfühler
19 Heizmediumpumpe
20 Motor
21 Luftkompressor
22 Brennerluftrohrleitung
23 Luftdruckbehälter
24 Luftdruckregler
25 Zünd- und Überwachungselektrode
25B, C Zünd- und Überwachungselektroden weiterer Brennereinheiten
26 Brennereinheitregelung
27 Außenfühler Warmwasserwärmetauscher
Thermomischer
H eizungswärmetauscher
motorgesteuerter 3-Wege-Mischer Heizungspumpe
Heizungskreis mit Wärmeverbraucher
Heizungsregelung
Außentemperaturfühler

Claims

Ansprüche
1. Brennereinheit (l) für eine Heizungsanlage (2), mit
mehreren ineinander und/oder nebeneinander angeordneten Brennern (3, 4a-e), wobei
ein erster Brenner ein Zündbrenner (3) mit feststehender Leistung ist und die weiteren Brenner (4a-e) feststehende Leistungen aufweisen, wobei die Leistungen der weiteren Brenner (4a-e) Vielfache voneinander sind, und einem Steuergerät (5), das mittels eines vor jedem der Brenner (3, 4a-e) an geordneten schaltbaren Ventils (6) jeden der Brenner (3, 4a-e) wahlweise mit der feststehenden Leistung oder vollständig ausgeschaltet betreibt.
2. Brennereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die weiteren Brenner (4a-e) alle voneinander unterschiedliche Leistungen und/oder Durchmesser aufweisen, wobei jeder weitere Brenner (4a-e) die doppelte Leis tung des vorherigen Brenners (4a-d) hat.
3· Brennereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Brenner (3, 4a-e) ein Flammrohr aufweist, dessen Durchmesser die feststehende Leistung des Brenners bestimmt.
4· Brennereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Zündbrenner (3) und einer der weiteren Brenner (4a-e) eine identische Leistung und/oder den gleichen Querschnitt, insbesondere den glei chen Flammrohrdurchmesser, aufweisen.
5. Brennereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Leistung des leistungsstärksten Brenners einen feststehenden Anteil der Gesamtleistung ausmacht und die Leistung jedes weiteren, leistungsschwäche ren Brenners den gleichen Anteil der verbleibenden Restleistung ausmacht.
6. Brennereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anzahl der weiteren Brenner (4a-e) maximal sechs beträgt und dabei die Leistung des Zündbrenners (3) 1 kW und/oder der weiteren Brenner (4a-e) 1 kW, 2 kW, 4 kW, 8 kW, 16 kW und 32 kW ist.
7. Brennereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass alle Brenner (3, 4a-e) einzeln nebeneinander und/oder verteilt in nerhalb des größten Brenners (4e) angeordnet sind, wobei wenigstens zwei be nachbarte Brenner (3, 4a-e) eine gemeinsame, die Brenner voneinander tren nende Wandung (7) aufweisen.
8. Brennereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die einzelnen Brenner (3, 4a-e) durch voneinander getrennte Ab schnitte eines einzigen großen Gesamtflammrohrs gebildet sind, wobei jeder der einen Brenner (3, 4a-e) bildenden Abschnitte eine feststehende Querschnittsflä che aufweist.
9. Heizungsanlage (2) mit einem Heizkreis, mit
wenigstens einer Brennereinheit (1) nach Anspruch 1,
wenigstens einem mit einem Vorlauf (8) der Brennereinheit (1) verbundenen
Wärmeverbraucher sowie
einem Rücklauf (9) zur Rückführung eines im Heizkreis befindlichen Heiz mediums von dem Wärmeverbraucher zur Brennereinheit (1).
10. Heizungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere
Brennereinheiten (1), insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 - 7, im Heiz kreis angeordnet und dabei in Reihe geschaltet sind.
11. Heizungsanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass im
Heizkreis wenigstens eine erste Brennereinheit (1) und eine zweite Brennerein- heit (lB, C) angeordnet sind, wobei der leistungsschwächste Brenner (4B, C) der zweiten Brennereinheit (lB, C) die identische oder doppelte Leistung des leis tungsstärksten Brenners (4e) der ersten Brennereinheit (1) aufweist.
12. Verfahren zum Betrieb einer Brennereinheit (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 8, mit den Schritten:
Zünden eines Zündbrenners (3),
Kontinuierliches und bedarfsweises Aktivieren bzw. Deaktivieren weiterer ineinander und/oder nebeneinander angeordneter Brenner (4a-e) zur fein stufigen Regelung der benötigten Gesamtbrennerleistung mittels jeweils ei nes zwischen den Zuständen„an“ und„aus“ schaltbaren Ventils, wobei jeder Brenner (3, 4a-e) mit gleichbleibender Leistung betrieben wird und die Gesamtleistungsregelung der Brennereinheit (1) über das Zu- und Abschalten der einzelnen Brenner erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Daten eines vor der Brennereinheit (1) angeordneten Gaszählers (10) und eines zwi schen der Brennereinheit (1) und dem Heizkreis angeordneten Wärmezählers (16) eine kontinuierliche oder periodische Berechnung des Wirkungsgrades der Brennereinheit (1) bzw. der gesamten Heizungsanlage (2) vorgenommen wird, wobei jeder ermittelte Wirkungsgrad mit einem bei der Inbetriebnahme gemes sene Wirkungsgrad als Referenz abgeglichen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass
mittels eines im Heizkreis, insbesondere am Rücklauf der Brennereinheit (1), angeordneten Wärmezählers (16) die Temperatur sowie die Geschwindigkeit des durch den Wärmezähler (16) strömenden Heizmediums kontinuierlich oder periodisch gemessen wird,
anschließend die im zur Brennereinheit (1) durch den Wärmezähler (16) zu rückströmenden Heizmedium enthaltene Restwärme ermittelt und dann die zum erneuten Erreichen der Vorlauftemperatur durch die Brennereinheit (1) einzubringende Wärmemenge berechnet wird, und
die Brennereinheit (1) bedarfsweise derart geregelt betrieben wird, dass zu jedem Zeitpunkt durch eine Regelung der Gesamtleistung der Brennerein- heit (1) nur genau die einzubringende Wärmemenge dem Heizmedium am Vorlauf (8) der Heizungsanlage bzw. an der Brennereinheit (1) zugeführt wird, um die Vorlauf-Solltemperatur des Heizmediums zu erreichen.
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