DE10144595B4

DE10144595B4 - Zentralheizungsanlage

Info

Publication number: DE10144595B4
Application number: DE10144595A
Authority: DE
Inventors: Poul Erik Hansen; Jan Eric Thorsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: WO2003023288A1; DE10144595A1

Abstract

Zentralheizungsanlage mit in getrennten Räumen angeordneten Heizkörpern (9) in einem Heizkreis, der eine Wärmequelle in Form eines primärseitig mit einem Fernheizwerk verbundenen Wärmetauschers (1) mit regelbarer Wärmeleistung (Q .) und eine Umwälzpumpe (12) aufweist, wobei die Heizkörper (9) jeweils ein Ventil (10) aufweisen, das in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen Temperaturregler (11) einstellbar ist, um die Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu halten, wobei die Wärmeleistung (Q .) des Wärmetauschers (1) so regelbar ist, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe (12) auf ihrer Betriebskennlinie (ΔP = f(V .)) eine Lage einnimmt, in der die Rücklauftemperatur (T₁; T₂) der Anlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist, dadurch ge kennzeichnet, daß in vorbestimmten Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig die Vorlauftemperatur (T₃) im Sekundärkreis des Wärmetauschers (1) durch Erhöhung des Volumenstroms (V .) im Primärkreis des Wärmetauschers (1) anhebbar und danach während eines Meßzyklus stufenweise bis auf einen Wert absenkbar ist, bei dem die Wärmeleistung (Q .) des Wärmetauschers (1) niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist, und daß während jedes Meßzyklus Meßwerte der Wärmeleistung (Q .) und der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe (12) bei dem niedrigsten Meßwert der Rücklauftemperatur (T₁; T₂) speicherbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentralheizungsanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anlage ist aus der DE 94 18 345 U1 bekannt.

Bei anderen bekannten Zentralheizungsanlagen 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 Einstellung 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 erreicht werden.

Zur Lösung dieses Problems ist es bekannt ( DE 197 56 104 A1 ), die Temperaturen der Heizkörper und gegebenenfalls weitere Größen, wie Ventilhub, Druckdifferenz an einem Ventil, Temperatursollwerteinstellung der Temperaturregler an den Ventilen, die Ein- und Ausgangstemperaturen 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 Fühlern und Übertragungseinrichtungen für die Meßwerte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der gattungsgemäßen Anlage mit geringem Aufwand eine möglichst rasche Anpassung der Wärmeleistung des Wärmetauschers an eine Änderung der Wärmebelastung der Heizkörper zu ermöglichen, so daß ein möglichst geringer Wärmeverlust gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

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.

Ferner kann dafür gesorgt sein, daß während des Betriebs der Anlage zwischen den Meßzyklen die sekundärseitige Vorlauftemperatur durch entsprechende Nachrege 1ung 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.

Dabei kann die Zentralheizungsanlage einen Volumenstromregler 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 Umwälzpumpe und ihrer Drehzahl regelbar ist.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Darin stellen dar:
1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung Zentralheizungsanlage,
2 die Abhängigkeit der Druckdifferenz an einer Umwälzpumpe im Heizkreis der Zentralheizungsanlage 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,
3 ähnliche Kennlinien wie nach 2, jedoch für auf verschiedene Sollwerte konstant geregelte Drehzahlen der Umwälzpumpe mit einer geraden Regelkennlinie der Umwälzpumpe bei unterschiedlichen Drehzahlen,
4a bis 4c der zeitliche Verlauf der Vor- und Rücklauftemperaturen T₃, T₁, T₂, der Wärmeleistung Q der Wärmequelle und der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe in Abhängigkeit von der Außentemperatur T_A,
5a bis 5c der Verlauf der Vorlauftemperatur T₃ und der zugehörigen Rücklauftemperaturen T₁, T₂, der Wärmeleistung Q der Wärmequelle und Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe bei einer Anpassung der Zentralheizungsanlage an unterschiedliche Außentemperaturen zur Eichung der Zentralheizungsanlage und
6 den für verschiedene bei der Eichung der Zentralheizungsanlage ermittelte Meßwerte der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe und der Wärmeleistung der Wärmequelle mit linear interpolierten Zwischenwerten.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zentralheizungsanlage wird eine Wärmequelle in Form eines Wärmetauschers 1 primärseitig über eine Vorlaufleitung 2 und eine Rücklaufleitung 3 aus einem (nicht dargestellten) Fernheizwerk mit warmem Wasser versorgt. Die primärseitige Rücklauftemperatur T₁ wird mittels eines Temperaturfühlers 4 gemessen und einem Volumenstromregler 5 zugeführt. In der Rücklaufleitung 3 liegt ferner ein Stellventil S, das über einen Stellmotor 6 durch den Volumenstromregler 5 gesteuert wird. Im sekundärseitigen Heizkreis des Wärmetauschers 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 Druckdifferenz 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 Vorlaufleitung 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.
Der Volumenstromregler 5 regelt in Abhängigkeit von den ihm zugeführten Temperaturen T₁, T₂, T₃, der Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 und dem Volumenstrom V im sekundären Heizkreis des Wärmetauschers 1 dessen Wärmeleistung V . = V .· C_v·ρ (T₃ – T₂) wobei V . der Volumenstrom, C_v der Wärmeinhalt des Wassers in der Heizungsanlage, ρ die Dichte des Wassers auf der Sekundärseite des Wärmetauschers 1 und T3-T2 der Temperaturunterschied auf der Sekundärseite des Wärmetauschers ist, in der Weise, daß die Rücklauftemperatur T₁ und damit auch die Rücklauftemperatur T₂ der Zentralheizungsanlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist.
C_v und ρ ändern sich nur wenig mit der Temperatur. W V . und T₃-T₂ ge- messen werden, kann die Wärmeleistung der Heizungsanlage errechnet werden. Auf diese Weise werden Wärmeverluste möglichst niedrig gehalten und der Wärmewirkungsgrad der Zentralheizungsanlage, insbesondere des Fernheizwerks, hoch gehalten.
Bei dieser Regelung verschiebt sich der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe 12 auf der in 2 für eine konstante Pumpendrehzahl dargestellten Umwälzpumpen-Betriebskennlinie 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 Öffnungsgrad der Heizkörperventile 10 gemäß 2.
Für unterschiedliche konstante Drehzahlen gelten dann die Kennlinien nach 3, wobei die Arbeitspunkte entsprechend dem jeweiligen Öffnungsgrad der Heizkör perventile auf der Regelkennlinie der Umwälzpumpe liegen.
Die Diagramme nach 4a bis 4c veranschaulichen die Abhängigkeit der jeweiligen Temperaturen t₁, t₂ und t₃, der Wärmeleistung Q . der Wärmequelle und der Druckdif ferenz ΔP an der Umwälzpumpe 12 von einer schwankenden Außentemperatur T_a (untere Kurve in 4a). Die 4b und 4c geben lediglich qualitative Verläufe der Kurven an. Dies gilt auch für die 5b und 5c.
Um die Wärmeleistung der Wärmequelle beziehungsweise des Wärmetauschers 1 in der genannten Weise zu regeln, wird die Zentralheizungsanlage zunächst gemäß den 5 und 6 für unterschiedliche Wärmebelastungen beziehungsweise Außentemperaturen in regelmäßigen Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig durch den Volumenstromregler 5 geeicht. Ein sich über einige Stunden erstreckender Meßzyklus verläuft dabei gemäß 5a folgendermaßen: Zu Beginn wird die Vorlauftemperatur 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 T₁, T₂ und T₃ sowie der Betriebspunkt der Pumpe auf einen konstanten 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, 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 T₁ und T₂ ein Minimum, das im dargestellten Beispiel in 5a am Schnittpunkt der vertikalen gestrichelten Linie mit dem Verlauf der Temperaturen T₁ und T₂ liegt. Die in jedem Meßzyklus in einem entsprechenden Minimum der Temperaturen T₁ 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 Vorlauftemperatur T₃ durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms V . bei der augenblicklichen primärseitigen Rücklauftemperatur T₁, die zur augenblicklichen Wärmeleistung Q . gehörende Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe durch lineare Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten, die in 6 durch drei jeweils bei einem von drei Meßzyklen ermittelten Meßpunkte angedeutet sind, eingestellt.

Claims

Zentralheizungsanlage mit in getrennten Räumen angeordneten Heizkörpern (9) in einem Heizkreis, der eine Wärmequelle in Form eines primärseitig mit einem Fernheizwerk verbundenen Wärmetauschers (1) mit regelbarer Wärmeleistung (Q .) und eine Umwälzpumpe (12) aufweist, wobei die Heizkörper (9) jeweils ein Ventil (10) aufweisen, das in Abhängigkeit von der Raumtemperatur durch einen Temperaturregler (11) einstellbar ist, um die Raumtemperatur auf einem einstellbaren Sollwert zu halten, wobei die Wärmeleistung (Q .) des Wärmetauschers (1) so regelbar ist, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe (12) auf ihrer Betriebskennlinie (ΔP = f(V .)) eine Lage einnimmt, in der die Rücklauftemperatur (T₁; T₂) der Anlage unter Aufrechterhaltung der eingestellten Raumtemperaturen und unter Berücksichtigung der Wärmebelastung der Anlage minimal ist, dadurch ge kennzeichnet, daß in vorbestimmten Zeitabständen von wenigstens einigen Tagen selbsttätig die Vorlauftemperatur (T₃) im Sekundärkreis des Wärmetauschers (1) durch Erhöhung des Volumenstroms (V .) im Primärkreis des Wärmetauschers (1) anhebbar und danach während eines Meßzyklus stufenweise bis auf einen Wert absenkbar ist, bei dem die Wärmeleistung (Q .) des Wärmetauschers (1) niedriger als die Wärmebelastung der Anlage ist, und daß während jedes Meßzyklus Meßwerte der Wärmeleistung (Q .) und der Druckdifferenz an der Umwälzpumpe (12) bei dem niedrigsten Meßwert der Rücklauftemperatur (T₁; T₂) speicherbar sind.
Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitspunkt der Umwälzpumpe (12) in Abhängigkeit von der Wärmebelastung der Anlage selbsttätig änderbar ist.
Zentralheizungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs der Anlage zwischen den Meßzyklen die sekundärseitige Vorlauftemperatur (T₃) durch entsprechende Nachregelung des primärseitigen Volumenstroms (V) bei der augenblicklichen primärseitigen Temperatur (T₁) die zur augenblicklichen Wärmeleistung (Q .) gehörende Druckdifferenz ΔP an der Umwälzpumpe (12) durch Interpolation zwischen den der augenblicklichen Wärmeleistung benachbarten gespeicherten Wärmeleistungsmeßwerten einstellbar ist.
Zentralheizungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Volumenstromregler (5) aufweist, durch den über ein Stellventil (S) im Primärkreis des Wärmetauschers (1) dessen primärseitiger Volumenstrom (V .) in Abhängigkeit von der primärseitigen Rücklauftemperatur (T₁), der sekundärseitigen Vor- und Rücklauftemperatur (T₃, T₂) und der Druckdifferenz (ΔP) an der Umwälzpumpe (12) und ihrer Drehzahl regelbar ist.