DE10302176A1 - Temperature regulation device for an instantaneous hot drinking water heater, whereby water temperature is set using a regulator that forms part of a closed control loop with input water temperature sensor measurements - Google Patents

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Abstract

Method for controlling the temperature of hot warm water heated in an instantaneous heater that is connected via heat exchanger (10) with a hot water circuit (18). According to the method a hot water valve is switched to a programmed preset value when a flow signal occurs in a flow monitor. In conjunction with this the water temperature is set using a regulator, dependent on signals from a temperature sensor, to a preset temperature value. An Independent claim is made for a device for regulating the temperature in an instantaneous hot drinking water heater using a PI or PID regulator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Trinkwassers in einem mittels Heizwasser beheizten Durchlauferhitzer, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und 12.The invention relates to a method and a device for regulating the temperature of the drinking water in a water heater heated by heating water, according to the generic term of claims 1 and 12.

Beim Einsatz von mittels Heizwasser beheizten Durchlauferhitzern wird das in einer Fernwärmehausstation oder Kesselanlage erhitzte Heizwasser über ein Rohrleitungssystem zu den einzelnen Haushalten gefördert, in denen der im Rohrleitungssystem transportierte Heizwasserstrom über einen Wärmetauscher das im Haushalt bereitgestellte Trinkwasser erhitzt. Trinkwasserseitig weist der Wärmetauscher einen in den Wärmetauscher führenden Kaltwasserzulauf, sowie einen vom Wärmetauscher wegführenden Warmwasserablauf auf.When using heating water heated instantaneous water heaters will be in a district heating house station or boiler system heated heating water via a piping system promoted to individual households, in which the heating water flow transported in the piping system via a heat exchangers the drinking water provided in the household heats up. drinking water circuit the heat exchanger has one in the heat exchanger leading Cold water inlet, as well as one leading away from the heat exchanger Hot water drain on.

Zur Regelung der Temperatur des Trinkwarmwassers werden derzeit nach dem Venturiprinzip arbeitende mechanische Regelgeräte eingesetzt, die im Zapffall, d.h. beispielsweise nach Öffnen eines Warmwasserhahns, den Fluss des Heizwassers in einem festen Verhältnis zum Fluss des Trinkwassers einstellen.To regulate the temperature of the domestic hot water mechanical control devices operating according to the Venturi principle are currently being used when tapped, i.e. for example after opening a hot water tap, adjust the flow of the heating water in a fixed ratio to the flow of the drinking water.

Hierbei ergibt sich das Problem, dass die Temperatur des Trinkwarmwassers von der Temperatur des Heizwassers sowie dem Differenzdruck zwischen Heizwasservor- und Rücklauf an der Anschlussstelle des Durchlauferhitzers abhängt, was zu vielfältigen betrieblichen Nachteilen führt. Es ist beispielsweise unmöglich, am gleichzeitigen Heizwasserstrang Radiatoren zu Heizzwecken anzuschließen, und mit Heizwasser, dessen Temperatur entsprechend der Außentemperatur gleitet, zu versorgen. Bleiben bei einem fehlenden Wärmebedarf z.B. über einen längeren Zeitraum Trinkwarmwasserzapfungen aus, dann sinkt die Temperatur im Heizwasser-Rohrnetz ab. Da herkömmliche Geräte bei kleinem Trinkwasserfluss auch den Heizwasserfluss entsprechend klein einstellen, dauert es dann dementsprechend lange, bis das abgekühlte Heizwasser aus dem Rohrnetz entfernt und aufgeheiztes Heizwasser zur Warmwasserbereitung zur Verfügung steht.This creates the problem that the temperature of the domestic hot water depends on the temperature of the Heating water and the differential pressure between heating water supply and returns at the connection point of the instantaneous water heater depends on what too diverse operational disadvantages. For example, it is impossible to connect radiators for heating purposes on the heating water line at the same time, and with heating water, the temperature of which corresponds to the outside temperature slides to supply. Remain with a lack of heat e.g. about a longer one Period of domestic hot water tapping, then the temperature drops in the heating water pipe network. Because conventional devices with a small drinking water flow also set the heating water flow accordingly, it takes time then correspondingly long until the cooled heating water from the pipe network removed and heated heating water for water heating disposal stands.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 201 09 488 U1 ist es bekannt, die Temperatur des Trinkwassers über ein einen PID-Regelalgorithmus enthaltendes elektronisches Regelgerät zu regeln, welches die Istwertsignale von einem am Trinkwarmwasserauslass angeordneten Temperatursensor erhält, und bei dem die Regelung über einen am Kaltwasserzulauf des Trinkwasserkreislaufs angeordneten Strömungswächter aktiviert wird.From the German utility model DE 201 09 488 U1 It is known to control the temperature of the drinking water via an electronic control device containing a PID control algorithm, which receives the actual value signals from a temperature sensor arranged at the drinking water outlet, and in which the control is activated via a flow monitor arranged at the cold water inlet of the drinking water circuit.

Die Schrift gibt keinen Hinweis darauf, dass das Heizwasser-Ventil im Heizwasserkreislauf beim Auftreten eines Strömungssignals des Strömungswächters sinnvoll in eine parametrierte Vorgabeposition verfahren wird, und erst im Anschluss daran der PID-Regelalgorithmus zu aktivieren ist. Hierdurch vergeht je nach Parametrierung des PID-Regelalgorithmus eine vergleichsweise lange Zeitdauer, bis abgekühltes Heizwasser aus dem Rohrnetz entfernt worden ist, und das zur Erwärmung des Trinkwassers erforderliche aufgeheizte Heizwasser zur Verfügung steht. Zwar lässt sich eine vollständige Öffnung des Heizwasser-Regelventils bei ausgekühltem Rohrnetz auch durch eine entsprechend groß gewählte Regelkreisverstärkung des PI- oder PID-Reglers erzielen, jedoch führt dies zu einem störenden starken Überschwingen der Trinkwarmwassertemperatur bei kleinen Trinkwarmwasserflüssen.The scripture does not indicate that the heating water valve in the heating water circuit when it occurs a flow signal of the flow switch makes sense is moved to a parameterized default position, and only in The PID control algorithm must then be activated. Hereby passes depending on the parameterization of the PID control algorithm, a comparative one long time until cooled down Heating water has been removed from the pipe network, and that to heat the Drinking water required heated heating water is available. Although leaves a full opening of the Heating water control valve with a cooled pipe network also by a appropriately selected loop gain of the PI or PID controller achieve, however, this leads to an annoying strong overshoot the domestic hot water temperature for small domestic hot water flows.

Demgemäss ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Trinkwassertemperatur zu schaffen, welche eine in hohem Maße präzise und schnelle Regelung ermöglichen.Accordingly, it is a task of the present invention, a method and an apparatus for control the drinking water temperature, which is a highly precise and fast Enable regulation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und 12 gelöst.This object is achieved by the Features of claims 1 and 12 solved.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Other features of the invention are in the subclaims described.

Gemäß der Erfindung zeichnet sich ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des Trinkwarmwassers in einem Durchlauferhitzer, der thermisch über einen Wärmetauscher mit einem Heizwasserkreislauf, insbesondere einem Heizwasserkreislauf eines Fernwärmenetzes, gekoppelt ist, und bei dem ein einen PI-Regler oder einen PID-Regler enthaltendes Regelgerät vorgesehen ist, welches den vom Wärmetauscher zugeführten Heizwasserstrom über ein Heizwasser-Ventil, insbesondere ein Magnetventil, in Abhängigkeit von den Signalen eines Strömungswächters sowie eines die Temperatur des Trinkwarmwassers messenden Temperatursensors regelt, dadurch aus, dass das Heizwasser-Ventil beim Auftreten eines Strömungssignals des Strömungswächters unter Umgehung des PID-Reglers ohne Verzögerung in eine vorgegebene parametrierte Position verfahren wird.According to the invention stands out a method for regulating the temperature of the domestic hot water in a water heater that is thermally connected to a heating water circuit via a heat exchanger, in particular a heating water circuit of a district heating network, is coupled, and in which one containing a PI controller or a PID controller regulator is provided, which the heating water flow supplied by the heat exchanger via a Heating water valve, especially a solenoid valve, depending from the signals of a flow switch as well regulates a temperature sensor that measures the temperature of the domestic hot water, characterized in that the heating water valve when a flow signal occurs of the flow switch under Bypassing the PID controller into a given one without delay parameterized position.

Sobald die Regeldifferenz, d. h. die Warmwassersolltemperatur abzüglich der Warmwasser-Isttemperatur, einen parametrierbaren Schwellenwert unterschreitet, wird die Temperaturregelung vom eigentlichen Regelalgorithmus, der beispielsweise als PI- oder als PID-Regler ausgeführt sein kann, umgeschaltet, und in Abhängigkeit vom Messwert des Temperatursensors die Trinkwarmwassertemperatur auf den vorgegebenen Sollwert geregelt.As soon as the control difference, i.e. H. the target hot water temperature minus the actual hot water temperature, a parameterizable threshold temperature control is reduced by the actual control algorithm, which can be designed as a PI or PID controller, for example, switched, and depending the domestic hot water temperature from the measured value of the temperature sensor regulated to the specified setpoint.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Heizwasser-Ventil nach dem Verfahren in die parametrierte Vorgabeposition – die beispielsweise bei 85 % der maximalen Öffnungsposition des Heizwasser-Ventils liegen kann – in eine vorgegebene Startposition verfahren, an welcher die eigentliche Regelung der Position des Heizwasser-Ventils durch den PI-Regler oder PID-Regler des Regelgerätes übernommen wird. Diese vorgegebene Startposition ist vorzugsweise einstellbar, und liegt in vorteilhafter Weise im Bereich des optimalen Arbeitspunkts des Heizwasser-Ventils, z. B. bei 60 oder 70 % der maximalen Öffnungsposition.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the heating water valve is moved according to the method into the parameterized default position - which can be, for example, 85% of the maximum opening position of the heating water valve - into a predetermined starting position at which the actual regulation of the bottom the heating water valve is taken over by the PI controller or PID controller of the control unit. This predetermined starting position is preferably adjustable, and is advantageously in the range of the optimal working point of the heating water valve, for. B. at 60 or 70% of the maximum opening position.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anfangstemperatur des Wassers im Bereich des Temperatursensors am Trinkwarmwasserauslass bereits erheblich näher am Temperatursollwert liegt, wodurch insbesondere in dem Fall, dass das Wasser in der Trinkwarmwasserauslassleitung bereits stark abgekühlt ist, die Regelfunktion durch die Möglichkeit des Einsatzes eines zusätzlichen Regelparameters bei einem PID-Regler erheblich besser an die theoretisch optimale Regelungsfunktion angepasst werden kann. Hierdurch lässt sich insbesondere ein starkes Überschwingen des Reglers bei der Entnahme von sehr geringen Warmwassermengen vermeiden.This has the advantage that the initial temperature of the water in the area of the temperature sensor at the domestic hot water outlet is already considerably closer to the temperature setpoint, in particular in the event that the water in the domestic hot water outlet pipe already cooled down a lot is the control function through the possibility of using a additional Control parameters with a PID controller are much better at theoretically optimal control function can be adjusted. This allows especially a strong overshoot of the controller when withdrawing very small amounts of hot water avoid.

Anders ausgedrückt lässt sich die Regelungsfunktion, die durch die Parameter für die Regelkreisverstärkung (Kr), die Zeitkonstante des Integrierers (Tn) und die Zeitkonstante des Differenzierers (TV) des Reglers beschrieben wird, in Folge des Wegfalls einer anfänglich sehr großen Temperaturdifferenz zwischen dem ausgekühlten Wasser in der Trinkwarmwasserauslassleitung und dem gewünschten Temperatursollwert, auf den die Trinkwassertemperatur zu Anfang erhöht werden muss, erheblich besser an das optimale Regelungsverhalten anpassen, wodurch die Zeit zum Erreichen des Temperatursollwerts verkürzt und die Regelabweichung über die Dauer des Zapffalls hinweg erheblich verringert wird.In other words, the control function, which is described by the parameters for the control loop gain (Kr), the time constant of the integrator (T n ) and the time constant of the differentiator (T V ) of the controller, due to the elimination of an initially very large temperature difference between The cooled water in the domestic hot water outlet pipe and the desired temperature setpoint, to which the drinking water temperature must initially be raised, are adapted much better to the optimal control behavior, which shortens the time to reach the temperature setpoint and significantly reduces the control deviation over the duration of the tap.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Regler durch einen Mikrorechner und eine zugehörige Steuerungssoftware realisiert, beispielsweise in Form eines bekannten Mikrocontrollers und einer zugehörigen PI oder PID-Software.In the preferred embodiment the invention, the controller is a microcomputer and a associated Control software implemented, for example in the form of a known Microcontrollers and an associated PI or PID software.

Die parametrierbare Startposition (YK) wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise dadurch realisiert, dass die Vorladung des I-Anteils des PI- oder PID-Reglers in der zugehörigen Parametriersoftware nach der folgenden Formel bestimmt wird: Ivorlade = (Yk/Kr – ek)/(Ta/2Tn) In this embodiment of the invention, the parameterizable start position (Y K ) is preferably realized in that the precharge of the I component of the PI or PID controller is determined in the associated parameterization software using the following formula: I precharge = (Y k / Kr - e k ) / (T a / 2T n )

Hierbei bedeuten Yk die Position des Magnetventils zum Startzeitpunkt (k) der Umschaltung auf die PI/PID-Regelung, Kr die Regelkreisverstärkung, ek die Regeldifferenz zwischen Ist-Wert (Tist) und Sollwert (Tsoll) der Trinkwassertemperatur zum Startzeitpunkt (k), Ta die Abtastzeit oder die Zykluszeit, die der Mikrorechner für eine neue Berechnung der Position des Heizwasser-Ventils benötigt, und Tn die Zeitkonstante des Integrierers.Here, Y k is the position of the solenoid valve at the start time point (k) of the switchover to the PI / PID control, Kr, the loop gain, the error signal ek between the actual value (T ist) and the setpoint (T set) of the domestic hot water temperature at the starting time (k ), T a the sampling time or the cycle time that the microcomputer needs for a new calculation of the position of the heating water valve, and T n the time constant of the integrator.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind vorzugsweise insgesamt 13 Parameter im zugehörigen Speicher der Mikrorechners gespeichert, wobei die Größe dieser Parameter in vorteilhafter Weise frei veränderbar ist, um das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Vielzahl von bekannten Wärmetauschern und Heizwasserventilen sowie Temperatursensoren an die jeweiligen Bedingungen anpassen zu können. Die Parameter werden vorzugsweise mittels einer PC-Parametriersoftware und Schnittstelle in den Speicher des Mikroprozessors geschrieben.In this embodiment of the invention preferably a total of 13 parameters in the associated memory of the microcomputer saved, the size of this Parameter is advantageously freely changeable by the method according to the invention in a variety of known heat exchangers and heating water valves and adapt temperature sensors to the respective conditions can. The parameters are preferably set using PC parameterization software and interface written in the memory of the microprocessor.

Darüber hinaus ist vorzugsweise auch der Sollwert Tsoll der Trinkwassertemperatur als ein veränderbarer Parameter im Speicher des Mikrorechners abgelegt, der vorzugsweise über ein mit dem Regelgerät verbundenes Potentiometer vom Verbraucher manuell einstellbar ist, um die gewünschte Trinkwassertemperatur vorgeben zu können.In addition, the set value T is preferably to the water temperature stored as a variable parameter in the memory of the microcomputer, which is preferably manually adjustable by a potentiometer connected to the control device by the consumer to be able to specify the desired drinking temperature.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Heizwasser-Ventil ein proportionales Magnetventil, welches beim Anlegen einer elektrischen Spannung in eine gewünschte Öffnungsposition verfährt, wobei die Spannung in bekannter Weise als ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) zugeführt wird, welches vom Regler als Stellgröße errechnet, und vom Regelgerät durch eine entsprechende Leistungselektronik erzeugt wird.In the preferred embodiment of the invention, the heating water valve is a proportional solenoid valve, which when a voltage is applied to a desired opening position moves, the voltage being known as a pulse width modulated Signal (PWM signal) supplied which is calculated by the controller as a manipulated variable and by the controller a corresponding power electronics is generated.

Schließlich wird bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens das pulsweitenmodulierte Signal für das Heizwasser-Ventil insbesondere beim Verfahren in die parametrierte Vorgabeposition vor dem eigentlichen Aktivieren des PI- oder PID-Reglers zeitlich verzögert nach Art einer Rampe verfahren, um Druckschläge in der Heizwasserleitung zu vermeiden.Finally, the preferred one embodiment the method, the pulse width modulated signal for the heating water valve in particular when moving to the parameterized default position before the actual one Activate the PI or PID controller delayed Ramp-type to avoid pressure surges in the heating water pipe to avoid.

Hierzu wird der pulsweitenmodulierte Wert für die Ventilposition nicht sprunghaft von einem Wert auf einen neuen Wert erhöht, sondern mit einem im Regelgerät gespeicherten veränderbaren Wert mit jedem Rechenzyklus des Mikrorechners multipliziert, der auch als Rampensteilheit bezeichnet wird. Die sich durch die Rampensteilheit aufgrund der Rechenzeit des Mikrorechners, beispielsweise 0,0004 Sekunden, ergebende Rampenverzögerung beträgt bei einer Rampensteilheit von einem Wert von 10 beispielsweise eine Sekunde, wenn das Heizwasser-Ventil aus der geschlossenen Stellung in die Vorgabeposition verfahren wird, in welcher der pulsweitenmodulierte Wert (PWM-Wert) beispielsweise 240 betragen kann. Wenn das Ventil anschließend wieder aus der parametrierten Vorgabeposition in die vorgegebene Startposition von einem PWM-Wert 240 auf einen PWM-Wert 130 verfahren wird, beträgt die Rampenverzögerung beispielsweise 0,484 Sekunden.For this purpose, the pulse-width-modulated value for the valve position is not abruptly increased from one value to a new value, but is multiplied by a variable value stored in the control device with each computing cycle of the microcomputer, which is also referred to as ramp steepness. The ramp delay resulting from the ramp steepness based on the computing time of the microcomputer, for example 0.0004 seconds, is, for example, one second for a ramp steepness of a value of 10 if the heating water valve is moved from the closed position to the default position in which the pulse width modulated value (PWM value) can be, for example, 240. When the valve then returns from the parameterized default position to the specified starting position from a PWM value 240 to a PWM value 130 the ramp deceleration is, for example, 0.484 seconds.

Durch den Einsatz einer vorzugsweise einstellbaren Rampenverzögerung ergibt sich der Vorteil, dass Druckschläge, wie sie bei einem nicht-verzögerten Öffnen und Schließen des Heizwasser-Ventils im Falle eines Magnetventils aufgrund der großen Dynamik des Ventils, sowie der Inkompressibilität des Leitungswassers auftreten können, wirksam vermieden werden.The use of a preferably adjustable ramp deceleration has the advantage that pressure surges, such as can occur when the heating water valve is opened and closed without delay in the case of a solenoid valve due to the great dynamics of the valve and the incompressibility of the tap water, are effectively ver be avoided.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben.The invention is described below Reference to the drawings based on a preferred embodiment described.

In den Zeichnungen zeigen:The drawings show:

1 eine schematische Darstellung der Ventilposition Y sowie der zugehörigen Trinkwassertemperatur vor und nach einem Zapffall zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens, und 1 a schematic representation of the valve position Y and the associated drinking water temperature before and after a tap to illustrate the operation of the method according to the invention, and

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Trinkwassertemperatur. 2 is a schematic representation of the device according to the invention for controlling the drinking water temperature.

Wie in 2 gezeigt ist, umfasst eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Regelgerät 2, welches vorzugsweise als ein Mikrocontroller oder Mikrorechner mit entsprechender Software ausgestaltet ist, die einen bekannten PID-Regler 4 realisiert.As in 2 shown comprises a device 1 a control device for carrying out the method according to the invention 2 , which is preferably designed as a microcontroller or microcomputer with appropriate software that a known PID controller 4 realized.

Das Regelgerät 2 erhält seine Istwertsignale Tist von einem Temperatursensor 6, der im Bereich des Trinkwarmwasserauslasses 8 eines Wärmetauschers 10 angeordnet ist.The control device 2 receives its actual value signals T ist from a temperature sensor 6 in the area of the domestic hot water outlet 8th a heat exchanger 10 is arranged.

Der Kaltwasserzulauf 12, welcher dem Wärmetauscher 10 kaltes Trinkwasser zuführt, ist hierbei mit einem Strömungswächter 16 versehen, der ebenfalls mit dem Regelgerät 2 verbunden ist und im Zapffall, das heißt beim Auftreten eines Trinkwasserflusses, dem Regelgerät 2 ein Signal zuführt, welches vorzugsweise die Form eines einfachen Ein-/Aus-Signals besitzt. Der Strömungswächter 16 ist hierbei derart ausgestaltet, dass er schon bei sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Trinkwassers von z.B. wenigen mm/s anspricht und das Ein/Aus-Signal erzeugt.The cold water inlet 12 which is the heat exchanger 10 supplying cold drinking water is here with a flow switch 16 provided that also with the control device 2 is connected and in the event of a tap, i.e. when a drinking water flow occurs, the control device 2 supplies a signal, which preferably has the form of a simple on / off signal. The flow switch 16 is designed in such a way that it responds even at very low flow rates of the drinking water of, for example, a few mm / s and generates the on / off signal.

Der Wärmetauscher 10 ist primärseitig mit einem Heizwasserkreislauf 18 eines nicht näher dargestellten Fernwärmenetzes oder einer sonstigen Heizwasserquelle verbunden, welche den Wärmetauscher mit Heizwasser beaufschlagt.The heat exchanger 10 is on the primary side with a heating water circuit 18 a district heating network, not shown, or another heating water source, which acts on the heat exchanger with heating water.

Im Heizwasserkreislauf 18, vorzugsweise in dessen Rücklaufleitung, ist ein Heizwasser-Ventil 20 in Form eines proportionalen Magnetventils angeordnet, welches über das Regelgerät 2 mit pulsweitenmodulierten Stellsignalen angesteuert wird, um die Position Y des im Ventil 20 angeordneten Stellelements zur Veränderung der Durchflussmenge an Heizwasser zu verändern.In the heating water circuit 18 , preferably in the return line, is a heating water valve 20 arranged in the form of a proportional solenoid valve, which via the control device 2 is controlled with pulse-width-modulated control signals to position Y of the valve 20 arranged control element to change the flow rate of heating water.

Die Regelung der Trinkwassertemperatur auf einen vorgegebenen Sollwert Tsoll, der beispielsweise über einen in 2 schematisch dargestellten, mit dem Regelgerät 2 verbundenen Potentiometer 22 eingestellt werden kann, wird nachfolgend mit Bezug auf die Darstellung von 1 beschrieben.The regulation of the drinking water temperature to a predetermined target value T soll , for example via a 2 shown schematically with the control device 2 connected potentiometer 22 can be set below with reference to the representation of 1 described.

In 1 ist im unteren Diagramm ein Beispiel für die Abhängigkeit der vom Temperatursensor 6 in der am Trinkwarmwasserauslass 8 gemessenen Temperatur gegenüber der Zeit aufgetragen.In 1 is an example of the dependency of the temperature sensor in the diagram below 6 in the at the domestic hot water outlet 8th measured temperature plotted against time.

Wie der Darstellung zu entnehmen ist, fällt die Temperatur bis zum Zapfzeitpunkt tzapf allmählich ab, da sich das im Bereich des Temperatursensors 6 im Trinkwarmwasserauslass 8 befindliche Wasser allmählich abkühlt.As can be seen from the illustration, the temperature gradually drops to the time t tapping , since this is in the area of the temperature sensor 6 in the domestic hot water outlet 8th the water is gradually cooling down.

Wie in der oberen Darstellung von 1 gezeigt ist, befindet sich das Stellelement zur Veränderung der Durchflussmenge des Heizwasser-Ventils 20 hierbei in der geschlossenen Position Y0.As in the illustration above 1 is shown, the actuator for changing the flow rate of the heating water valve 20 here in the closed position Y 0 .

In der oberen Darstellung von 1 ist hierbei die Position des Stellelements des Heizwasser-Ventils 20 – nachfolgend vereinfacht Position des Heizwasser-Ventils 20 genannt – gegenüber der Anzahl der vom Mikrorechner des Regelgeräts 2 durchlaufenen Prozesszyklen oder Rechenzyklen i aufgetragen, die beispielsweise eine Länge von wenigen Millisekunden besitzen können. Zum Zeitpunkt Tzapf wird der Wert für i zum Zwecke einer nachfolgend einfacheren Beschreibung als Null definiert.In the top illustration by 1 is the position of the control element of the heating water valve 20 - Below simplified position of the heating water valve 20 called - compared to the number of microcontrollers of the control device 2 processed process cycles or computation cycles i, which can have a length of a few milliseconds, for example. At time T zapf , the value for i is defined as zero for the purpose of a simpler description below.

Wenn Zum Zeitpunkt tzapf durch Öffnen eines nicht dargestellten Warmwasserhahnes ein Trinkwasserfluss einsetzt, wird dies vom Strömungswächter 16 registriert und das Ventil 20 – oder genau genommen das darin enthaltene Stellelement – durch das Regelgerät 2 aus der Position Y0 in erfindungsgemäßer Weise in eine parametrierte Vorgabeposition YA verfahren, die beispielsweise 90% des maximalen Öffnungsweges betragen kann. Das Öffnen des Ventils 20 erfolgt hierbei vorzugsweise rampenförmig innerhalb einer Zeitdauer tramp1, die vom Mikrorechner des Regelgeräts 2 vorzugsweise durch Multiplikation des Differenzwertes zwischen derzeitiger und neuer Position Y mit einer veränderbaren Rampensteilheit, sowie Multiplikation mit der Zeitdauer für einen Zyklus des Mikrorechners, die beispielsweise 0,0004 Sekunden beträgt, berechnet wird. Der Wert für die Position Y des Ventils 20 liegt hierbei vorzugsweise als PWM-Wert in Form einer digitalen Größe im Regelgerät 2 vor. Die Rampenzeit tramp1 beträgt beispielsweise ca. eine Sekunde, wenn Y zu Anfang von Null (geschlossene Stellung) auf den parametrierten Vorgabewert YA erhöht wird, und dieser Wert für YA z.B. 240 beträgt.If at the time t zapf a drinking water flow starts by opening a hot water tap ( not shown), this is done by the flow monitor 16 registered and the valve 20 - or strictly speaking the control element contained therein - by the control device 2 Move from position Y 0 in the manner according to the invention into a parameterized default position Y A , which can be, for example, 90% of the maximum opening path. Opening the valve 20 This is preferably carried out in the form of a ramp within a time period t ramp1 , which is generated by the microcomputer of the control device 2 is preferably calculated by multiplying the difference value between the current and new position Y by a variable ramp steepness, and multiplying by the time duration for a cycle of the microcomputer, which is, for example, 0.0004 seconds. The value for position Y of the valve 20 is preferably a PWM value in the form of a digital variable in the control device 2 in front. The ramp time t ramp1 is, for example, approximately one second if Y is initially increased from zero (closed position) to the parameterized default value Y A , and this value for Y A is 240, for example.

Durch die sich ergebene Rampenzeit tramp1, für das Öffnen des Ventils 20 auf den parametrierten Vorgabewert YA, und vorzugsweise auch noch im weiteren Verlauf der Regelung, wenn diese über den Regler erfolgt, wird sichergestellt, dass es zu keinen Druckstößen im Leitungssystem des Heizwasserkreislaufs 18 kommt, wenn das Ventil 20 in unterschiedliche Positionen Y verfahren wird.Due to the resulting ramp time t ramp1 , for opening the valve 20 to the parameterized default value Y A , and preferably also in the further course of the control, if this is done via the controller, it is ensured that there are no pressure surges in the pipe system of the heating water circuit 18 comes when the valve 20 is moved to different positions Y.

Der Vorgabewert liegt an, bis die gemessene Ist-Temperatur auf einen Wert Tsoll – Tist angestiegen ist, der kleiner gleich der Regeldifferenz ek ist.The default value is present until the measured actual temperature has risen to a value T des - T ist which is less than or equal to the control difference ek.

Im Anschluss daran wird das Heizwasser-Ventil 20 innerhalb einer Rampenzeit tramp2, in eine vorgegebene Startposition YK verfahren, die vorzugsweise im Bereich des idealen Arbeitspunktes des Ventils 20 liegt. Zu diesem Zeitpunkt, der in der Darstellung von 1 mit „k" bezeichnet ist, da der Mikrorechner beispielsweise k-Zyklen durchlaufen hat, wird der im Regelgerät 2 implementierte PID-Regler 4 aktiviert, der von diesem Umschaltzeitpunkt k an die Regelung der Temperatur T auf den am Potentiometer 22 eingestellten Temperatursollwert Tsoll für die gewünschte Trinkwassertemperatur übernimmt.This is followed by the heating water valve 20 within a ramp time t ramp2 , move to a predetermined starting position Y K , which is preferably in the area of the ideal operating point of the valve 20 lies. At this point in time in the display of 1 is denoted by “k”, since the microcomputer has, for example, undergone k cycles, this is in the control device 2 implemented PID controller 4 activated, which from this changeover time k to regulating the temperature T to that on the potentiometer 22 Set temperature setpoint T should take over for the desired drinking water temperature.

Um eine definierte Startposition (Yk in 1) des Heizwasser-Ventils 20 zu gewährleisten, wird der I-Anteil des Reglers 4 mit dem Wert Ivorlade geladen, der von der Parametriersoftware anhand der folgenden Formel bestimmt wird: Ivorlade = (Yk/Kr – ek)/(Ta/2Tn) wobeiYk die Ventilposition zum Startzeitpunkt (k) der Umschaltung auf PI/PID-Reglung,
Kr die Regelkreisverstärkung,
ek die Regeldifferenz zwischen Ist-Wert (Tist) und Soll-Wert (Tsoll) der Trinkwassertemperatur zum Startzeitpunkt (k),
Ta die Abtastzeit oder Zykluszeit des Mikrorechners, und
Tn die Zeitkonstante des Integrierers bedeuten.To a defined starting position (Y k in 1 ) of the heating water valve 20 to ensure the I component of the controller 4 preload with the value I, which is determined by the parameterization software using the following formula: I precharge = (Y k / Kr - e k ) / (T a / 2T n ) in which Y k the valve position at the start time (k) of the switchover to PI / PID control,
Kr the control loop gain,
e k the control difference between the actual value (T ist ) and the target value (T soll ) of the drinking water temperature at the start time (k),
T a is the sampling time or cycle time of the microcomputer, and
T n is the time constant of the integrator.

Der für die Berechnung der I-Vorladung Ivorlade erforderliche Schwellenwert der Regeldifferenz ek, der die Differenz zwischen Temperatur-Istwert Tist und Sollwert Tsoll bei der Umschaltung von der Vorgabeposition auf die Regelung darstellt, wird vorzugsweise als Parameter in der PC-Parametrier-Software eingegeben. Die Parametrier-Software errechnet daraus den Wert für die I-Vorladung Ivorlade. Über eine nicht dargestellte Schnittstelle werden sämtliche Parameter einschließlich dem Wert für die I-Vorladung Ivorlade in den Speicher des Mikrorechners geladen.The precharge for calculating the I-precharge I required threshold value of the error signal e k, which is the difference between actual temperature T and setpoint T set is when switching from the default position to the control, is preferably used as parameters in the PC parameter Software entered. The parameterization software uses this to calculate the value for the I preload I preload . All parameters, including the value for the I precharge I precharge, are loaded into the memory of the microcomputer via an interface (not shown).

Die unterschiedlichen Positionen Y, in die das Ventil 20 in Abhängigkeit von den Signalen des Temperatursensor 6 während der gesamten Dauer des Zapffalls verfahren wird, um die Trinkwassertemperatur auf den gewünschten Sollwert zur regeln, ist in der oberen Darstellung von 1 lediglich beispielhaft wiedergegeben, in gleicher Weise wie der Temperatur-Istwert Tist des Trinkwassers.The different positions Y in which the valve 20 depending on the signals from the temperature sensor 6 During the entire duration of the tap, the process to regulate the drinking water temperature to the desired setpoint is shown in the upper illustration by 1 reproduced only as an example, in the same way as the actual temperature T ist of the drinking water.

11
Vorrichtung zur Regelung der Trinkwassertemperaturcontraption to regulate the drinking water temperature
22
Regelgerätregulator
44
Reglerregulator
66
Temperatursensortemperature sensor
88th
TrinkwarmwasserauslassTrinkwarmwasserauslass
1010
Wärmetauscherheat exchangers
1212
KaltwasserzulaufCold water supply
1616
Strömungswächterflow Switch
1818
Heizwasserkreislaufheating water
2020
Heizwasser-VentilHeating water valve
2222
Potentiometerpotentiometer
Yk Y k
Ventilposition zum Startzeitpunkt (k) der Umschaltung auf PI/PID-Reglungvalve position at the start time (k) of switching to PI / PID control
KrKr
RegelkreisverstärkungLoop gain
ek e k
Regeldifferenz zwischen Ist-Wert (Tist) und Soll-Wert (Tsoll) derControl difference between the actual value (T ist ) and the target value (T soll )
Trinkwassertemperatur zum Startzeitpunkt (k)DHW temperature at the start time (k)
Ta T a
Abtastzeit oder Zykluszeit des Mikrorechnerssampling or cycle time of the microcomputer
Tn T n
Zeitkonstante des Integriererstime constant of the integrator
kk
Umschaltzeitpunktswitchover
YA Y A
parametrierter Vorgabewertparameterized default
ii
Anzahl der vom Mikrorechner durchlaufenen Prozesszyklennumber the process cycles performed by the microcomputer
Y0 Y 0
geschlossene Position des Heizwasser-Ventilsclosed Position of the heating water valve
YY
Position des Heizwasser-Ventilsposition of the heating water valve
Tist T is
Temperatur-Istwert des SensorsActual temperature of the sensor
tramp1 t ramp1
Rampenzeitramp time
tramp2 t ramp2
Rampenzeitramp time

Claims (12)

Verfahren zur Regelung der Temperatur des Trinkwarmwassers in einem Durchlauferhitzer, der thermisch über einen Wärmetauscher mit einem Heizwasserkreislauf eines Fernwärmenetzes gekoppelt ist, wobei ein einen PI-Regler oder PID-Regler enthaltendes Regelgerät vorgesehen ist, welches den dem Wärmetauscher zugeführten Heizwasserstrom über ein Heizwasser-Ventil in Abhängigkeit von den Signalen eines Strömungswächters sowie eines die Temperatur des Trinkwarmwassers messenden Temperatursensors regelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser-Ventil beim Auftreten eines Strömungssignals des Strömungswächters in eine parametrierte Vorgabeposition verfahren wird, und dass im Anschluss daran die Trinkwassertemperatur über den Regler in Abhängigkeit von den Signalen des Temperatursensors auf einen vorgegebenen Temperatur-Sollwert geregelt wird.Method for regulating the temperature of the domestic hot water in a continuous-flow heater which is thermally coupled via a heat exchanger to a heating water circuit of a district heating network, a control device containing a PI controller or PID controller being provided, which controls the heating water flow supplied to the heat exchanger via a heating water valve depending on the signals of a flow monitor and a temperature sensor measuring the temperature of the domestic hot water, characterized in that the heating water valve is moved to a parameterized default position when a flow signal from the flow monitor occurs, and that the domestic water temperature is then dependent on the controller is regulated by the signals of the temperature sensor to a predetermined temperature setpoint. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser-Ventil nach dem Verfahren in die parametrierte Vorgabeposition in eine vorgegebene Startposition verfahren wird, von der an die Regelung der Position des Heizwasser-Ventils durch den Regler erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the heating water valve is moved according to the method in the parameterized default position in a predetermined starting position from which the position of the heating water valve is regulated by the controller. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler durch einen Mikrorechner und zugehörige Steuerungssoftware realisiert wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the controller through a microcomputer and associated control software is realized. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Startposition des Heizwasser-Ventils durch die Vorladung des I-Anteils Ivorlade des Reglers realisiert wird, die nach der folgenden Funktion bestimmt wird: Ivorlade = (Yk/Kr – ek)/(Ta/2Tn) mitYk : Ventilposition zum Startzeitpunkt (k) der Umschaltung auf PI/PID-Reglung Kr : Regelkreisverstärkung ek : Regeldifferenz zwischen Ist-Wert (Tist) und Soll-Wert (Tsoll) der Trinkwassertemperatur zum Startzeitpunkt (k) der PID-Regelung Ta : Abtastzeit oder Zykluszeit des Mikrorechners Tn : Zeitkonstante des IntegrierersMethod according to claims 2 and 3, characterized in that a defined starting position of the heating water valve is realized by precharging the I component I precharging the controller, which is determined according to the following function: I precharge = (Y k / Kr - e k ) / (T a / 2T n ) With Y k : valve position at the start time (k) of the switchover to PI / PID control Kr: control loop gain e k : control difference between the actual value (T ist ) and the setpoint value (T soll ) of the drinking water temperature at the start time (k) of the PID Regulation T a : sampling time or cycle time of the microcomputer T n : time constant of the integrator Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Heizwasser-Ventils zum Startzeitpunkt, und/oder alle übrigen Regelparameter, insbesondere die Regelkreisverstärkung und/oder die Zeitkonstante des Integrierers, als veränderbare Parameter gespeichert und über eine Rechner-Parametriersoftware veränderbar sind.A method according to claim 4, characterized in that the position of the heating water valve at the start time, and / or the rest Control parameters, in particular the control loop gain and / or the time constant of the integrator, as changeable Parameters saved and over a computer parameterization software variable are. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Trinkwassertemperatur als veränderbarer Parameter gespeichert ist.A method according to claim 4 or 5, characterized in that that the set point of the drinking water temperature as changeable Parameter is saved. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Trinkwassertemperatur über ein mit dem Regelgerät verbundenes Potentiometer einstellbar ist.A method according to claim 6, characterized in that the setpoint of the drinking water temperature is connected to the control unit Potentiometer is adjustable. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilposition in der Weise eingestellt ist, dass diese zum Startzeitpunkt im optimalen Arbeitsbereich des Heizwasser-Ventils liegt.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that that the valve position is set in such a way that this at the start time in the optimal working area of the heating water valve lies. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizwasser-Ventil ein proportionales Magnetventil ist, welches beim Anlegen einer elektrischen Spannung in eine von der Spannung abhängige Stellung verfährt, und dass das Regelgerät das Magnetventil beim Auftreten eines Strömungssignals des Strömungswächters unter Umgehung des Reglers mit einem einstellbaren Spannungswert beaufschlagt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the heating water valve is a proportional solenoid valve which, when an electrical voltage is applied to one of voltage dependent Position moves, and that the control device the solenoid valve when a flow signal from the flow switch occurs Bypassing the regulator with an adjustable voltage value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Heizwasser-Ventils in die parametrierte Vorgabeposition zur Vermeidung von Druckschlägen in der Heizwasserleitung zeitlich verzögert nach Art einer Rampe erfolgt, deren Steilheit als Parameter im Regelgerät gespeichert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the process of the heating water valve in the Parameterized default position to avoid pressure surges in the Heating water pipe delayed takes the form of a ramp, the slope of which is stored as a parameter in the control device is. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die parametrierte Vorgabeposition so lange beibehalten wird, bis die Regeldifferenz (ek) einen bestimmten parametrierbaren Wert unterschreitet.Method according to one of claims 2 to 10, characterized in that the parameterized default position is maintained until the control difference (e k ) falls below a certain parameterizable value. Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Trinkwarmwassers in einem Durchlauferhitzer, der thermisch über einen Wärmetauscher (10) mit einem Heizwasserkreislauf gekoppelt ist, wobei ein einen PI-Regler oder PID-Regler (4) enthaltendes Regelgerät (2) vorgesehen ist, welches den dem Wärmetauscher (10) zugeführten Heizwasserstrom über ein Heizwasser-Ventil (20) in Abhängigkeit von den Signalen eines Strömungswächters (16) sowie eines die Temperatur (Tist) Trinkwarmwassers messenden Temperatursensors (6) regelt, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelgerät (2) in der Weise ausgebildet ist, dass das Heizwasser-Ventil (20) beim Auftreten eines Strömungssignals des Strömungswächters (6) unter Umgehung des Reglers (4) in eine parametrierte Vorgabeposition (YA) verfahren wird, und dass im Anschluss daran die Trinkwassertemperatur über den Regler (4) in Abhängigkeit von den Signalen (Tist) des Temperatursensors (6) auf einen vorgegebenen Temperatur-Sollwert ((Tsoll) geregelt wird.Device for regulating the temperature of the domestic hot water in a water heater, which is thermally via a heat exchanger ( 10 ) is coupled to a heating water circuit, whereby a PI controller or PID controller ( 4 ) containing control unit ( 2 ) is provided, which corresponds to the heat exchanger ( 10 ) supplied heating water flow via a heating water valve ( 20 ) depending on the signals from a flow switch ( 16 ) and a temperature sensor measuring the temperature (T ist ) of domestic hot water ( 6 ) regulates, for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 2 ) is designed in such a way that the heating water valve ( 20 ) when a flow signal from the flow switch occurs ( 6 ) bypassing the controller ( 4 ) is moved to a parameterized default position (Y A ), and that the drinking water temperature is then set using the controller ( 4 ) depending on the signals (T ist ) from the temperature sensor ( 6 ) is regulated to a predetermined temperature setpoint ((Tset).
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