CH636944A5 - Regulating device for a weather-dependent and time programme-controlled flow-temperature control of a heating system - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a control device according to the preamble of claim 1.
Bei den mit geringstem Aufwand realisierbaren aussentempe-raturabhängig gesteuerten Heizanlagen wirkt ein Regelgerät direkt auf einen Brenner, der im Ein/Aus-Betrieb die der Aussentemperatur entsprechend geforderte Kesseltemperatur erzeugt. Bei Kleinlast ergeben sich niedrige Kesseltemperaturen und daraus resultierend Kondensatbildung und Korrosion. In the case of the heating systems, which can be controlled with the minimum of effort depending on the outside temperature, a control unit acts directly on a burner which generates the boiler temperature required for the outside temperature in on / off operation. At low loads, the boiler temperature is low and condensation and corrosion result.
Um diesen Zustand mindestens nachts zu verhindern, wird die Heizung nachts ausgeschaltet, was zum Einfrieren exponierter Leitungen in klaren Nächten führen kann. To prevent this condition at least at night, the heating is switched off at night, which can lead to freezing of exposed lines on clear nights.
Ferner kann man zum Vermeiden von Korrosion ein Regelgerät über einen Antrieb auf ein Stellglied einwirken lassen, den Kessel mit einem den Brenner ein- und ausschaltenden Kesselregler dauernd auf Temperatur halten und dem Heizungsvorlauf mehr oder weniger Kesselwasser zumischen. Damit werden die Energieverluste höher, denn der Kessel muss auch dann beheizt werden, wenn der Heizkreis keiner Wärme bedarf. Um dies zu verbessern, ist es bekannt, mit einem zusätzlichen Schalter im Stellglied-Antrieb den Brenner bei geschlossenem Stellglied abzustellen. Dies gibt aber bei einer bestimmten Kleinlast wiederum einen unerwünschten Kurzbetrieb des Brenners mit tiefen Kesseltemperaturen und ist zudem in der Installation aufwendig. In addition, to avoid corrosion, a control device can act on an actuator via a drive, keep the boiler at a constant temperature with a boiler controller that switches the burner on and off, and add more or less boiler water to the heating flow. This increases energy losses because the boiler must be heated even when the heating circuit does not require any heat. To improve this, it is known to switch off the burner when the actuator is closed with an additional switch in the actuator drive. At a certain low load, however, this in turn gives the burner undesired short operation at low boiler temperatures and is also complex to install.
Mit der Zunahme energiebewussten Denkens wird auch dem Abschalten einer Umwälzpumpe, im folgenden Pumpe benannt, in den Betriebspausen mehr Beachtung geschenkt. Das Abschalten kann durch einen Thermostaten im Heizungsvorlauf geschehen, was aufwendig und auch nur dann sinnvoll ist, wenn sich in der Rohranlage eine Schwerkraftzirkulation bei abgestellter Pumpe ergibt. Beim Abstellen der Pumpe besteht zudem erhöhte Einfriergefahr exponierter Radiatoren oder Leitungsstücke. With the increase in energy-conscious thinking, more attention is also paid to the shutdown of a circulation pump, hereinafter referred to as the pump, during the breaks in operation. Switching off can be done by a thermostat in the heating flow, which is complex and only makes sense if there is gravity circulation in the pipe system when the pump is switched off. When the pump is switched off, there is also an increased risk of freezing exposed radiators or pipe sections.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem die Vorlauftemperatur nach der Aussentemperatur zeitprogram-miert regelnden Regelgerät die Raumtemperatur des zu beheizenden Gebäudes während Betriebspausen, das heisst nachts oder während einer Abwesenheit der Bewohner möglichst weit absinken und den Brenner möglichst lange ausgeschaltet zu lassen, ein Einfrieren des Wassers in der Heizanlage aber durch eine vom sowieso vorhandenen Aussenfühler überwachte Frost-schutz-Einrichtung zu verhindern, und gleichzeitig vom gleichen Regelgerät während des Brennerbetriebes die Einhaltung einer Minimalbetriebstemperatur des Kessels zu bewirken. The invention is based on the object, in the case of a control device which regulates the flow temperature according to the outside temperature, the room temperature of the building to be heated during breaks in operation, that is to say as far as possible at night or during an absence of the residents and to keep the burner switched off for as long as possible To prevent freezing of the water in the heating system, however, by means of a frost protection device monitored by the external sensor, and at the same time to ensure that the boiler maintains a minimum operating temperature while the burner is operating.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. The invention is characterized in claim 1.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Es zeigen: Fig. 1 ein elektrisches Prinzipschema eines Regelgerätes und 1 shows an electrical schematic diagram of a control device and
Fig. 2 ein Funktionsschema einer zu steuernden Heizanlage. Fig. 2 is a functional diagram of a heating system to be controlled.
Ein in der Figur 1 durch eine gestrichelte Linie dargestelltes Regelgerät 15 dient der Regelung der Vorlauf temperatur einer einfachen Heizanlage gemäss der Fig. 2. In dieser bedeutet 1 einen Heizkessel mit einem Ölbrenner 2, fortan kurz Kessel und Brenner benannt. Ein Kesselvorlauf 3 führt über ein Dreiwegventil 4 als Stellglied zu einem Heizungsvorlauf 5. Der hydraulische Kreis ist geschlossen durch die Radiatoren 6, einen Heizungsrücklauf 7 mit einer Umwälzpumpe, kurz Pumpe 8 benannt, sowie durch einen Kesselrücklauf 9. Vom Heizungsrücklauf 7 führt ein den Kessel umgehendes Bypassrohr 10 zum Dreiwegventil 4. Am Kessel 1 und am Heizungsvorlauf 5 befindet sich je ein Temperaturfühler, nämlich ein Kesselfühler 11 und ein Vorlauffühler 12. Ein weiterer Temperaturfühler ist als Aussenfühler 13 der Aussentemperatur ausgesetzt. Das Dreiwegventil 4 wird durch einen Antrieb 14 betätigt. Vorteilhaft ist dies ein thermischer Antrieb. A control device 15 represented by a broken line in FIG. 1 serves to control the flow temperature of a simple heating system according to FIG. 2. In this, 1 means a boiler with an oil burner 2, henceforth referred to as boiler and burner. A boiler flow 3 leads via a three-way valve 4 as an actuator to a heating flow 5. The hydraulic circuit is closed by the radiators 6, a heating return 7 with a circulation pump, or pump 8 for short, and by a boiler return 9. From the heating return 7, the boiler leads immediate bypass pipe 10 to the three-way valve 4. There is a temperature sensor on each of the boiler 1 and the heating flow 5, namely a boiler sensor 11 and a flow sensor 12. Another temperature sensor is exposed to the outside temperature as an outside sensor 13. The three-way valve 4 is actuated by a drive 14. This is advantageously a thermal drive.
Das in der Fig. 1 dargestellte Regelgerät 15 umfasst einen Programmgeber 16, der aus einer Schaltuhr und einem Programmschalter bestehen kann, einem Sollwertgeber 17 für die Vorwahl der gewünschten Raumtemperatur und aus einer die Heizkurve bestimmenden Messeinrichtung 18. Diese ist von den Aussen- und Vorlauffühlern 13 bzw. 12 beeinflusst. Eine erste, vom Sollwertgeber 17 und der Messeinrichtung 18 beeinflusste Schalteinrichtung 19 wirkt auf den Antrieb 14 des Drei wegventils The control device 15 shown in FIG. 1 comprises a programmer 16, which can consist of a timer and a program switch, a setpoint generator 17 for preselecting the desired room temperature, and a measuring device 18 which determines the heating curve. This is from the outside and flow sensors 13 or 12 influenced. A first switching device 19, which is influenced by the setpoint generator 17 and the measuring device 18, acts on the drive 14 of the three-way valve
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4. Sie kann dieses im Auf/Zu-Betrieb oder stetig betätigen. 4. You can operate this in open / close mode or continuously.
Eine zweite Schalteinrichtung 20 wird sowohl vom Vorlauffühler 12 als auch vom Kesselfühler 11 beeinflusst und hat die Aufgabe, die Kesseltemperatur immer um einen vorbestimmten Betrag gleitend höher zu halten als die Temperatur am Vorlauffühler 12. A second switching device 20 is influenced both by the flow sensor 12 and by the boiler sensor 11 and has the task of always keeping the boiler temperature slidingly higher than the temperature at the flow sensor 12 by a predetermined amount.
Eine dritte Schalteinrichtung 21 dient dazu, den einmal in Betrieb gesetzten Brenner 2 erst dann wieder auszuschalten, wenn die an einem Minimaltemperaturgeber 22 eingestellte Kesseltemperatur erreicht ist. A third switching device 21 is used to switch off the burner 2 which has been put into operation only when the boiler temperature set on a minimum temperature sensor 22 has been reached.
Schliesslich ist eine vom Programmgeber 16 nur in den Betriebspausen aktivierte Frostschutzeinrichtung 23 vorhanden, die sowohl mit dem Aussenfühler 13 als auch mit einem Sollwertgeber 24 verbunden ist. Der Sollwertgeber 24 dient zum Einstellen derjenigen Aussentemperatur, bei der die Frostschutzeinrichtung 23 ansprechen soll. Die Frostschutzeinrichtung 23 ist über eine Leitung 39 mit dem Programmgeber 16 verbunden und nur wirksam, wenn der Programmgeber 16 die Heizanlage abgestellt, das heisst auf Betriebspause geschaltet hat. Finally, there is an anti-freeze device 23 activated by the programmer 16 only during the breaks, which is connected both to the outside sensor 13 and to a setpoint device 24. The setpoint generator 24 is used to set the outside temperature at which the frost protection device 23 is to respond. The frost protection device 23 is connected to the program generator 16 via a line 39 and is only effective when the program generator 16 has switched off the heating system, that is to say has switched to a break in operation.
Damit der Brenner 2 ausserhalb von Frostgefahr, das heisst über der am Sollwertgeber 24 eingestellten Aussentemperatur während den Betriebspausen nicht einschaltet, dient ein bistabiles Schaltelement 25, das zwei Steuereingänge 26,27 aufweist. Dessen Schaltkontakt 28 befindet sich in einem Steuerstrompfad 29 des Brenners 2. Das Schaltelement 25 kann ein bistabiles Relais sein oder samt dem Schaltkontakt 28 aus einem mit Halbleitern gebildeten Schaltkreis bestehen. A bistable switching element 25, which has two control inputs 26, 27, is used so that the burner 2 does not switch on outside the risk of frost, that is, above the outside temperature set on the setpoint generator 24 during the breaks in operation. Its switching contact 28 is located in a control current path 29 of the burner 2. The switching element 25 can be a bistable relay or, together with the switching contact 28, can consist of a circuit formed with semiconductors.
Der erste Steuereingang 26 ist am Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 angeschlossen. Nur ein Signal am Steuereingang 26 kann das Schaltelement 25 in die den Brennerbetrieb verhindernde Stellung bringen. Der zweite Steuereingang 27 ist vom Signal der Schalteinrichtung 19 an den Antrieb 14 beeinflussbar und ist zu diesem Zweck mit dem Ausgang eines UND-Gliedes 30, das drei Eingänge 31,32,33 hat, verbunden. Der erste Eingang 31 ist an den Ausgang der ersten Schalteinrichtung 19 angeschlossen und wird vom Signal an den Antrieb 14 in solcher Art beeinflusst, dass nur ein das Stellglied 4 wenigstens grösstenteils öffnendes Signal die Brennersperrung aufheben kann. The first control input 26 is connected to the output of the frost protection device 23. Only a signal at the control input 26 can bring the switching element 25 into the position preventing the burner from operating. The second control input 27 can be influenced by the signal of the switching device 19 to the drive 14 and for this purpose is connected to the output of an AND gate 30, which has three inputs 31, 32, 33. The first input 31 is connected to the output of the first switching device 19 and is influenced by the signal to the drive 14 in such a way that only a signal that at least largely opens the actuator 4 can cancel the burner block.
Der zweite Eingang 32 liegt am Ausgang der zweiten Schalteinrichtung 20 und wird damit von der Kesseltemperatur und der Vorlauftemperatur beeinflusst, während der dritte Eingang 33 ein invertierender Eingang ist, der mit dem ersten Steuereingang 26 des bistabilen Schaltelementes 25 und damit auch mit dem Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 verbunden ist. Vom gleichen Ausgang der Frostschutzeinrichtung 23 aus besteht eine Leitung 34 zur Pumpe 8. Die Leitung 34 dient zum Wiedereinschalten der Pumpe 8 bei Frostgefahr für den Fall, dass die Pumpe 8 zusammen mit dem Brenner 2 in den Betriebspausen vom Programmgeber 16 abgeschaltet wurde. The second input 32 is located at the output of the second switching device 20 and is thus influenced by the boiler temperature and the flow temperature, while the third input 33 is an inverting input which is connected to the first control input 26 of the bistable switching element 25 and thus also to the output of the frost protection device 23 is connected. From the same outlet of the frost protection device 23 there is a line 34 to the pump 8. The line 34 serves to restart the pump 8 when there is a risk of frost, in the event that the pump 8 was switched off by the programmer 16 together with the burner 2 during the breaks in operation.
Ein ODER-Glied 35 bildet mit seinem Ausgang 36 den Steuerstrompfad 29 für die Inbetriebnahme des Brenners 2. Das Potential des Ausganges 36 kann zwei definierte Werte annehmen, von denen der eine den Start des Brenners 2 ermöglicht. Ein erster Eingang 37 des ODER-Gliedes 35 ist wie der zweite Eingang 32 des UND-Gliedes 30 ebenfalls am Ausgang der zweiten Schalteinrichtung angeschlossen, und ein zweiter Eingang 38 des ODER-Gliedes 35 ist mit dem Ausgang der dritten Schalteinrichtung 21 verbunden. An OR gate 35 forms with its output 36 the control current path 29 for starting the burner 2. The potential of the output 36 can assume two defined values, one of which enables the burner 2 to start. A first input 37 of the OR gate 35, like the second input 32 of the AND gate 30, is also connected to the output of the second switching device, and a second input 38 of the OR gate 35 is connected to the output of the third switching device 21.
Das beschriebene Regelgerät arbeitet wie folgt: The control device described works as follows:
Die zwei möglichen Stellungen des bistabilen Schaltelementes 25 bzw. seines Schaltkontaktes28 bestimmen grundsätzlich, ob der Brenner 2 während den Betriebspausen der Heizanlage in Betrieb gesetzt werden kann oder nicht. Das Entscheidungsmerkmal dazu ist die Aussentemperatur. Solange diese keine Frostgefahr meldet, wird der Schaltkontakt 28 in den Betriebspausen wie nachfolgend beschrieben geöffnet: The two possible positions of the bistable switching element 25 or its switching contact 28 basically determine whether the burner 2 can be put into operation during the breaks in operation of the heating system or not. The decisive factor for this is the outside temperature. As long as there is no risk of frost, the switch contact 28 is opened during the breaks as described below:
Sobald der Programmgeber 16 die Heizanlage auf Betriebspause schaltet, sei dies durch die Schaltuhr oder vom Programm- As soon as the programmer 16 switches the heating system to a break in operation, be it through the time switch or from the program
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Schalter her, wird einerseits über die Leitung 39 die Frostschutzeinrichtung 23 aktiviert und gleichzeitig die Pumpe 8 abgeschaltet. Solange die Aussentemperatur über dem am Frostschutz-Sollwertgeber 24 eingestellten Wert von z. B. 2° C liegt, erscheint an der Frostschutzeinrichtung 23 beispielsweise ein Ausgangssignal logisch «1», wodurch die Pumpe 8 ausgeschaltet bleibt und das bistabile Schaltelement 25 in die gezeichnete Stellung mit geöffnetem Schaltkontakt 28 kippt, also einen Betrieb des Brenners 2 verhindert. Switch forth, the frost protection device 23 is activated on the one hand via the line 39 and at the same time the pump 8 is switched off. As long as the outside temperature is above the value of z. B. 2 ° C, appears on the frost protection device 23, for example, an output signal logic «1», whereby the pump 8 remains switched off and the bistable switching element 25 tilts into the position shown with the open switching contact 28, thus preventing the burner 2 from operating.
Ausserhalb der Betriebspausen, das heisst im normalen Heizbetrieb, beeinflusst die Messeinrichtung 18 die erste Schalteinrichtung 19 derart, dass das Dreiwegventil 4 im Heizungsvorlauf 5 eine der Aussentemperatur entsprechende Temperatur solcher Grösse einreguliert, dass im Wohnraum die gewünschte Temperatur von z.B. 20° C entsteht. Outside the pauses in operation, i.e. in normal heating operation, the measuring device 18 influences the first switching device 19 in such a way that the three-way valve 4 in the heating flow 5 regulates a temperature corresponding to the outside temperature such that the desired temperature in the living room, e.g. 20 ° C arises.
Mit dem Umschalten des Regelgerätes 15 auf Betriebspause wird aber auch der Sollwertgeber 17 so verstellt, dass dann der Messeinrichtung 18 eine Heizkurve zugrunde liegt, die einer Raumtemperatur von etwa 5° C entspricht, was bedeutet, dass bei etwa gleicher oder höherer Aussentemperatur von der Heizung keine Wärme mehr verlangt wird. When the control device 15 is switched to a break in operation, the setpoint generator 17 is also adjusted such that the measuring device 18 is then based on a heating curve which corresponds to a room temperature of approximately 5 ° C., which means that the heating has the same or a higher outside temperature no more heat is required.
Sinkt dagegen die Aussentemperatur unter die 2° C-Grenze, dann kippt die Frostschutzeinrichtung 23 und ihr Ausgangszustand geht auf logisch «0». Dies bewirkt über die Leitung 34 ein Einschalten der Pumpe 8. Das bistabile Schaltelement 25 bleibt vorerst in seiner Stellung. Mit sinkender Temperatur im Heizungsvorlauf 5 und vorausgesetzt, dass die Aussentemperatur nicht mehr als etwa 5° C beträgt, wird sich das Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 19 ändern und das Dreiwegventil 4 beginnt sich zu öffnen, das heisst, den Wasserdurchfluss durch den Kessel 1 zu vergrössern. Mit dem Öffnen des Dreiwegventils 4 wird der Kessel 1 ausgekühlt, womit die zweite Schälteinrichtung 20 Wärme verlangt. Das heisst, deren Ausgangssignal kippt auf logisch «1». Da das Ausgangssignal an der ersten Schalteinrichtung auch logisch «1» ist, liegen jetzt an beiden Eingängen 31 und 32 des UND-Gliedes 30 eine «1» und am invertierenden Eingang 33 eine «0». Damit ändert ihr Ausgangssignal auf logisch «1» und das bistabile Schaltelement 25 wird zurückgestellt. Dessen Schaltkontakt 28 schliesst. Weil wenigstens am ersten Eingang 37 des ODER-Gliedes 35 ein Signal logisch «1» vorhanden ist, weist auch dessen Ausgangsmaterial den logischen Wert «1» auf, was einen Einschaltbefehl für den Brenner 2 bedeutet, der nun anläuft und unabhängig vom Zustand der ersten und zweiten Schalteinrichtung 19 bzw. 20 so lange in Betrieb bleibt, bis die minimal geforderte Kesseltemperatur erreicht ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Signal am Ausgang der dritten Schalteinrichtung 21 den Wert «0» aufweist und dann beide Eingänge 37 und 38 des ODER-Gliedes 35 auf logisch «0» sind. If, on the other hand, the outside temperature falls below the 2 ° C limit, the frost protection device 23 tilts and its initial state changes to logic “0”. This causes the pump 8 to be switched on via the line 34. The bistable switching element 25 initially remains in its position. With a falling temperature in the heating flow 5 and provided that the outside temperature is not more than about 5 ° C, the output signal of the first switching device 19 will change and the three-way valve 4 will begin to open, that is to say to increase the water flow through the boiler 1 . When the three-way valve 4 is opened, the boiler 1 is cooled, which means that the second switching device 20 requires heat. This means that the output signal tilts to logic «1». Since the output signal at the first switching device is also logic "1", there is now a "1" at both inputs 31 and 32 of the AND gate 30 and a "0" at the inverting input 33. This changes its output signal to logic “1” and the bistable switching element 25 is reset. Its switch contact 28 closes. Because at least at the first input 37 of the OR gate 35 there is a logic "1" signal, its source material also has the logic value "1", which means a switch-on command for the burner 2, which now starts and regardless of the state of the first and second switching device 19 or 20 remains in operation until the minimum required boiler temperature is reached. This is the case when the signal at the output of the third switching device 21 has the value “0” and then both inputs 37 and 38 of the OR gate 35 are at logic “0”.
Ausserhalb der Betriebspausen wird die Kesseltemperatur in gleicher Weise aufrecht erhalten, und zwar einerseits die am Minimaltemperatur-Geber 22 eingestellte Minimaltemperatur von der dritten Schalteinrichtung 21 aus, und für den Fall, dass die geforderte Vorlauftemperatur höher liegt, wird andererseits der Brenner 2 über die zweite Schalteinrichtung 20 gleitend nach der Vorlauftemperatur ein- und ausgeschaltet. Outside of the breaks in operation, the boiler temperature is maintained in the same way, on the one hand, the minimum temperature set on the minimum temperature sensor 22 from the third switching device 21, and in the event that the required flow temperature is higher, on the other hand, the burner 2 is via the second Switching device 20 sliding on and off according to the flow temperature.
Wirkt das Signal der ersten Schalteinrichtung 19 auf den Antrieb 14 stetig, dann ist es zweckmässig, in der Zuleitung zum ersten Eingang 31 des UND-Gliedes 30 noch einen in der Fig. 1 nicht dargestellten Schwellwertschalter einzubauen, der bei etwa 70%iger Öffnung des Stellgliedes 4 kippt, wodurch das Signal am Eingang 31 auf den Wert logisch «1» geht. If the signal of the first switching device 19 acts continuously on the drive 14, then it is expedient to install a threshold switch (not shown in FIG. 1) in the supply line to the first input 31 of the AND gate 30, which switches at about 70% opening Actuator 4 tilts, causing the signal at input 31 to go to the logical "1" value.
Durch die beschriebene Arbeitsweise wird erreicht, dass der Brenner 2 während den Betriebspausen wirklich nur dann eingeschaltet wird, wenn die im Kessel 1 und im Rohrleitungsnetz noch vorhandene Wärme nicht mehr ausreicht, um eine minimale Raumtemperatur von etwa 5° C zu halten. Durch das beschriebene Regelgerät wird es möglich, die Raumtemperatur in den Betriebspausen bis nahe an die Frostgrenze absinken zu lassen, The described method of operation ensures that the burner 2 is only switched on during the breaks when the heat still present in the boiler 1 and in the pipeline network is no longer sufficient to maintain a minimum room temperature of approximately 5 ° C. The control unit described makes it possible to let the room temperature drop to close to the frost limit during breaks in operation,
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ohne dass eine Einfriergefahr in Kauf genommen werden muss. wird der Kessel wenigstens auf seine minimal geforderte Be-Kommt der Brenner aber einmal doch zum Einschalten, dann triebstemperatur aufgeheizt, bis die Frostgefahr vorbei ist. without the risk of freezing. If the boiler is at least at its minimum required, but if the burner does come on for a while, the operating temperature is raised until the risk of frost is over.
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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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