DE3446167C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelgerät nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Im Hinblick auf möglichst sparsamen Umgang mit Energie und möglichst niedrige Fertigungskosten sind ölgefeuerte Stahl­ kessel für Heizungsanlagen entwickelt worden, die sich durch einen kleinen Kesselinhalt auszeichnen. Solche Kessel dürfen bauartbedingt nicht unterhalb einer bestimmten Tem­ peratur betrieben werden, weil sonst die Gefahr der Kon­ densatbildung im Feuerungsraum besteht, was zur Zerstörung des Kessels durch Korrosion führen würde.

Bei solchen Kesseln ist es deshalb erforderlich, auch bei nur geringem Wärmebedarf, etwa zur Zeit der Nachtabsenkung, die Kesseltemperatur auf einen bestimmten Wert zu halten, beispielsweise 45°.

Dies wird z. B. dadurch erreicht (DE-PS 29 19 751), daß der Brenner eingeschaltet wird, sobald die Kesseltemperatur unter diesen Wert sinkt. Liegt die zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Raumtemperatur erforderliche Vorlauftempe­ ratur tiefer als die Kesseltemperatur, so wird die Vorlauf­ temperatur mittels eines dem Heizkessel nachgeschalteten Mischventils geregelt. Wird der Sollwert für die Vorlauf­ temperatur erhöht, beispielsweise durch die Umschaltung von Nachtabsenk- auf Normalbetrieb, so wird vom Regler das Öffnen des Mischventils veranlaßt. Dabei kann es aber vorkommen, daß so große Mengen abgekühlten Rücklaufwassers in den Kessel einströmen, daß die Kesseltemperatur unter die geforderte Mindesttemperatur absinkt.

Gelöst wird dieses Problem dadurch, daß im Kreisrücklauf ein besonderer Themostat montiert wird, der beim Absinken der Temperatur im Kesselrücklauf das Mischventil schließt, so daß die Menge des vom Heizungsrücklauf dem Kessel zu­ fließenden Wassers beschränkt wird. Diese Lösung setzt voraus, daß eine zwangsweise Umwälzung des Wassers vom Kesselvorlauf zum Kesselrücklauf stattfindet, und bedingt damit normalerweise eine zusätzliche Umwälzpumpe (Technische Rundschau Oktober 1968, S. 3-7, 15).

Dabei ist es auch bekannt (DE-PS 32 35 364), bei einer Warm­ wasser-Heizungsanlage die Vorlauftemperatur so zu regeln, daß die Differenz zwischen der Vorlauf- und der Rücklauftempera­ tur auf einem Sollwert gehalten wird. Bei Verwendung eines Kondensationskessels soll dieser Sollwert so ansteigen, daß die Rücklauftemperatur eine unterhalb der Kondensations­ temperatur liegende Grenztemperatur nicht überschreitet. Zur Aufrechterhaltung des Sollwertes wird auf das Mischventil eingewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regler zu entwickeln, der die Einhaltung einer Mindest-Kesseltemperatur ohne einen zusätzlichen Kesselrücklauf-Thermostat oder ähn­ liche zusätzliche Einrichtung gewährleistet.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsschema einer zu steuernden Heizungs­ anlage und

Fig. 2 ein elektrisches Prinzipschema eines Regelge­ rätes.

Eine in der Fig. 1 schematisch dargestellte Heizungsanlage hat den folgenden Aufbau:
Von einem Heizkessel 1 mit einem Brenner 2 führt ein Kesselvorlauf 3 zu einem Mischventil 4. Vom Mischventil 4 führt ein Heizungsvorlauf 5 zu Heizkörpern 6. Geschlossen wird der Heizungskreislauf durch einen an die Heizkörper 6 angeschlossenen Heizungsrücklauf 7 mit einer Umwälzpumpe 8, welcher sich vor dem Heizkessel 1 verzweigt in einen zum Heizkessel 1 führenden Kesselrücklauf 9 und einen zum Mischven­ til 4 führenden Beipaß 10. Im Heizkessel 1 befindet sich ein die Kesseltemperatur messender Kesselfühler 11, am Heizungsvorlauf ein die Vorlauftemperatur messender Vorlauffühler 12. Ein weiterer Tem­ peraturfühler, der Außenfühler 13, mißt die Außentemperatur. Das Mischventil 4 wird betätigt durch einen Antrieb 14.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Heizungsanlage ist als Misch­ ventil 4 ein Dreiwegmischer eingebaut. Bei einem etwas modifizierten Aufbau einer Heizungsanlage wird ein Vierwegmischer verwendet, wo­ bei dann Heizungsrücklauf 7 und Kesselrücklauf 9 direkt an den Vier­ wegmischer angeschlossen werden und der Beipaß 10 entfällt.

An ein in der Fig. 2 dargestelltes Regelgerät 15 sind eingangssei­ tig drei Temperaturfühler angeschlossen, nämlich der Kesselfühler 11, der Vorlauffühler 12 und der Außenfühler 13. Ausgänge des Regel­ gerätes 15 führen zum Brenner 2 und zum Antrieb 14.

In einer Steuerschaltung 16 werden aus der vom Außenfühler 13 ge­ messenen Temperatur einerseits und dem von einem eine Schaltuhr 17 enthaltenden Sollwertgeber 18 abgegebenen Signal andererseits die Führungsgrößen für die Heizungsanlage gebildet, nämlich die an einer Leitung 19 anliegende normierte Spannung entsprechend der Solltemperatur für den Heizkessel 1 und die an einer Leitung 20 anliegende normierte Spannung entsprechend der Solltemperatur für den Heizungsvorlauf 5. In der von der Steuerschaltung 16 zu einem ersten Differenzverstärker 21 führenden Leitung 20 befindet sich ein Widerstand 22, dessen Wirkung später beschrieben wird. Der Diffe­ renzverstärker 21 vergleicht die an der Leitung 20 anliegende Span­ nung für die Solltemperatur des Heizungsvorlaufs 5 mit der vom Vor­ lauffühler 12 abgegebenen, die am Heizungsvorlauf 5 gemessene Tempe­ ratur repräsentierende Spannung und steuert über eine Schalteinrich­ tung 23 den Antrieb 14 des Mischventils 4. Dieser Steuervorgang bewirkt das Öffnen des Mischventils 4, wenn die gemessene Temperatur des Heizungsvorlaufs 5 kleiner ist als die Solltemperatur für den Heizungsvorlauf 5, und das Schließen des Mischventils 4, wenn die am Heizungsvorlauf 5 gemessene Temperatur größer ist als die Solltempe­ ratur für den Heizungsvorlauf 5. Öffnen des Mischventils 4 bedeutet dabei, daß der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Kesselvorlauf 3 und dem Heizungsvorlauf 5 vergrößert und der Öffnungsquerschnitt zwi­ schen dem Beipaß 10 und dem Heizungsvorlauf 5 verkleinert wird, so daß mehr heißes Wasser aus dem Kesselvorlauf in den Heizungskreis­ lauf (4, 5, 6, 8, 7, 10) eingespeist wird. Entsprechend bedeutet Schließen des Mischventils 4, daß der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Kesselvorlauf 3 und dem Heizungsvorlauf 5 verringert und der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Beipaß 10 und dem Heizungsvorlauf 5 vergrößert wird, so daß weniger heißes Wasser aus dem Kesselvor­ lauf 3 in den Heizungskreislauf eingespeist wird.

Die vom Kesselfühler 11 abgegebene, die Temperatur im Heizkessel 1 repräsentierende Spannung wird mittels eines weiteren Differenz­ verstärkers 24 mit der an der Leitung 19 anliegenden, die Solltem­ peratur des Heizkessels 1 repräsentierende Spannung verglichen, außerdem mittels eines weiteren Differenzverstärkers 25 mit der von einem Sollwertgeber 26 abgegebenen Spannung, welche - einstell­ bar - die Begrenzungstemperatur für den Heizkessel 1 repräsentiert. Am Ausgang des Differenzverstärkers 24 liegt dann eine Spannung an, die der Differenz zwischen Ist- und Solltemperatur des Heizkes­ sels 1 entspricht, und am Ausgang des Differenzverstärkers 25 eine Spannung, die der Differenz zwischen der Ist-Temperatur des Heiz­ kessels 1 und der Begrenzungstemperatur entspricht.

Aus diesen beiden Spannungen wird mit Hilfe eines Verknüpfungsglie­ des 27 der der größeren Temperatur entsprechende Wert ausgewählt, der dann eine Kippstufe 28 beeinflußt. Die Kippstufe 28 steuert über einen Transistor 29 ein Brennerrelais 30, das den Brenner 2 ein- und ausschaltet. Die Kippstufe 28 ist dabei so bemessen, daß Ein- und Ausschaltpunkt für das Brennerrelais um eine bestimmte Schaltdiffe­ renz von zum Beispiel 6 Grad auseinander liegen. Die tiefste mögliche Einschalttemperatur für den Heizkessel 1, die Mindest-Kesseltempera­ tur, ergibt sich damit als Differenz von Begrenzungstemperatur und halber Schaltdifferenz.

Um die erfindungsgemäße Wirkung zu erzielen, bedarf es noch der Schaltungsglieder für die Erzeugung eines Signals zum Schließen des die Vorlauftemperatur beeinflussenden Mischventils 4 bei einem einen Einschaltvorgang für den Brenner 2 auslösenden Abfall der Tempertur im Heizkessel 1 unter die mittels des Sollwertgebers 26 beeinflußte Heizkessel-Mindesttemperatur. Diese Schaltungsglieder können beispielsweise sein: Ein Transistor 31, der mit seiner Basis über einen Widerstand 32 an den Ausgang der Kippstufe 28, mit seinem Emitter über einen Widerstand 33 an den Ausgang des Differenzverstär­ kers 25, und mit seinem Kollektor über eine Diode 34 an den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 21 angeschlossen ist.

Ein unerwünschter, weil den Heizkessel 1 durch Korrosion gefährdender Betriebszustand stellt sich beispielsweise dann ein, wenn am Ende einer Zeitperiode mit abgesenkter Raumtemperatur, zum Beispiel am frühen Morgen, der folgende Ausgangszustand vorliegt: Der Heizkes­ sel 1 befindet sich auf einer Temperatur von 46 Grad, die Tempe­ ratur im Heizungsvorlauf 5 beträgt 25 Grad, der Sollwert für die Vorlauftemperatur beträgt 25 Grad, die eingestellte Begrenzungstem­ peratur beträgt 45 Grad bei einer Schaltdifferenz von 6 Grad.

Wird nun, gesteuert von der Schaltuhr 17, der Sollwert für die Vor­ lauftemperatur auf den der herrschenden Witterung entsprechenden Tages-Normalwert von beispielsweise 40 Grad erhöht, so veranlaßt das Regelgerät 15 über den Differenzverstärker 21, die Schaltein­ richtung 23 und den Antrieb 14 das Öffnen des Mischventils 4. Da­ durch gelangt einerseits heißes Wasser aus dem Heizkessel 1 durch den Kesselvorlauf 3 und das Mischventil 4 in den Heizungsvorlauf 5, andererseits abgekühltes Wasser aus dem Heizungsrücklauf 7 durch den Kesselrücklauf 9 in den Heizkessel 1. Bei einem Heizkessel 1 mit kleinem Kesselinhalt würde das dazu führen, daß die Kesseltemperatur nur schnell deutlich unter die geförderte Mindest-Kesseltemperatur absinkt. Das zu verhindern, ist die Aufgabe des Transistors 31 und der Widerstände 32 und 33. Sobald durch das in den Heizkessel 1 einfließende abgekühlte Wasser der Einschaltpunkt für den Heizkessel 1, - beispeilsweise 42 Grad, entsprechend 45 Grad Begrenzungstempera­ tur minus halbe Schaltdifferenz von 6 Grad -, erreicht wird, wird über den Differenzverstärker 25, das Verknüpfungsglied 27 und die Kippstufe 28 der Transistor 29 leitend und deshalb auch der Brenner 2 über das Brennerrelais 30 eingeschaltet. Gleichzeitig wird über den Widerstand 32 der Transistor 31 leitend, und dadurch wird der Span­ nungspegel am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 21 auf einen tieferen, vom Verhältnis der beiden Widerstände 22 und 33 und dem Spannungspegel am Ausgang des Differenzverstärkers 25, welcher die Differenz zwischen augenblicklicher Kesseltemperatur und eingestellter Begrenzungstemperatur repräsentiert, abhängigen Wert verschoben. Diese Verschiebung bewirkt, daß der Differenzverstärker 21 über die Schalteinrichtung 23 und den Antrieb 14 das Mischventil 4 schließt. Die Verschiebung des Spannungspegels am nicht invertieren­ den Eingang des Differenzverstärkers 21 hat innerhalb des Regelgerä­ tes 15 also die Wirkung, daß die Solltemperatur für den Heizungsvor­ lauf 5 in Richtung auf eine tiefere Tempertur korrigiert wird, solange die Temperatur des Heizkessels 1 niedriger ist als die am Sollwertgeber 26 eingestellte Begrenzungstemperatur. Die Größe der Korrektur der Solltemperatur für den Heizungsvorlauf 5 ist bestimmt durch die Größe der Differenz zwischen der am Sollwertgeber 26 eingestellten Begrenzungstemperatur und der Temperatur des Heizkes­ sels 1 einerseits und vom Verhältnis der Werte der beiden Widerstände 22 und 23 andererseits.

Das Schließen des Mischventils 4 führt nun seinerseits wieder da­ zu, daß wegen des eingeschalteten Brenners 2 die Temperatur im Heizkessel 1 steigt. Dadurch entsteht am Ausgang des Differenzver­ stärkers 25 ein höherer positiver Pegel, was über den Widerstand 33 und den Transistor 31 wiederum auf den nicht invertierenden Ein­ gang des Differenzverstärkers 21 zurückwirkt. Dadurch wird das Misch­ ventil 4 wieder geöffnet. Eine Verschiebung des Pegels am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 21, und damit eine scheinbar niedrigere Solltemperatur für den Heizungsvorlauf 5, tritt nur so lange auf, solange die Kesseltemperatur unterhalb der gefor­ derten Begrenzungstemperatur liegt.

Eine Verschiebung des Pegels am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 21 in positiver Richtung, entsprechend einer Vortäuschung eines höheren Sollwertes für die Temperatur des Hei­ zungsvorlaufs 5, die dann eintreten würde, wenn die Kesseltempera­ tur höher ist als die Heizkessel-Mindesttemperatur und auch höher als der Sollwert für die Temperatur des Heizungsvorlaufs 5, wird durch die Diode 34 verhindert. Eine derartige Sollwert-Verschiebung würde die Regelfunktion beeinträchtigen.

Ist der Brenner 2 ausgeschaltet, so ist auch der Transistor 31 ge­ sperrt. Eine Beeinflussung des Pegels am nicht invertierenden Ein­ gang des Differenzverstärkers 21 ist dann ausgeschlossen. Eine Pe­ gelverschiebung bei ausgeschaltetem Brenner 2 könnte dazu führen, daß der Brenner 2 nicht eingeschaltet würde, obwohl der Istwert der Temperatur des Heizungsvorlaufs 5 unter dem Sollwert liegt.

Das beschriebene Prinzip zur Verhinderung der Kondensatbildung im Heizkessel 1 läßt sich vorteilhaft auch bei solchen Regelgeräten anwenden, die aus einer Mikroprozessorschaltung, einem Speicher und Interface-Bauteilen zum Anschluß der die Regelung beeinflussenden Bauteile (11, 12, 13, 26) und der zu betätigenden Bauteile (2, 14) bestehen. Bei solchen Regelgeräten 15 wird ein Signal zum Schließen des Mischventils 4 dann erzeugt, wenn bei eingeschaltetem Brenner 2 die Temperatur im Heizkessel 1 unter den mittels des Sollwertgebers 26 beeinflußten Einschaltpunkt für den Heizkessel 1 fällt. Solange die Kesseltemperatur höher ist als der Einschaltpunkt für den Heiz­ kessel 1 und tiefer ist als die am Sollwertgeber 26 eingestellte Begrenzungstemperatur wird außerdem der Öffnungsgrad des Mischven­ tils dadurch beeinflußt, daß die Solltemperatur für den Heizungsvor­ lauf 5 um einen der Differenz zwischen der Kesseltemperatur und der Begrenzungstemperatur proportionalen Betrag in negativer Richtung verschoben wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß weden der Tatsache, daß bei solchen programmierbaren Regelgeräten 15 Ände­ rungen des Steuerprogramms ohne großen Aufwand zu realisieren sind, eine Anpassung an besondere Verhältnisse ohne weiteres möglich ist. So kann beispielsweise die Beeinflussung des Öffnungsgrades des Mischventils 4 durch die auf die Solltemperatur für den Heizungsvor­ lauf 5 wirkende Differenz zwischen der Kesseltemperatur und der Heizkessel-Mindesttemperatur variabel gestaltet und so den Eigen­ schaften einer bestimmten Heizungsanlage optimal angepaßt werden.

Voraussetzung für eine optimale Funktion und damit für die sichere Verhinderung der Kondensatbildung im Heizkessel 1 ist, daß der Antrieb 14 schnell reagiert. Mit Vorteil läßt sich ein elektromoto­ rischer Antrieb verwenden.

Claims (5)

1. Regelgerät (15) für eine witterungs- oder raumtemperaturgeführte und zeitprogrammgesteuerte Vorlauftemperaturregelung einer Heizanlage mit einem Sollwertgeber (26) zur Einstellung einer Begrenzungstempe­ ratur für einen vor dem Betrieb unterhalb einer Heizkessel-Mindest­ temperatur zu schützenden Heizkessel (1), gekennzeichnet durch Schal­ tungsglieder (31, 32, 33, 34) für die Erzeugung eines Signals zum Schließen eines die Vorlauftemperatur beeinflussenden Mischventils (4) bei einem einen Einschaltvorgang für einen Brenner (2) auslösen­ den Abfall der Temperatur im Heizkessel (1) unter einen mittels des Sollwertgebers (26) beeinflußten Einschaltpunkt für den Heizkessel (1).

2. Regelgerät (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal für das Schließen des Mischventils (4) abgeleitet ist aus einer durch das Unterschreiten der am Sollwertgeber (26) einge­ stellten Begrenzungstemperatur verursachten Korrektur der Solltem­ peratur für den Heizungsvorlauf (5).

3. Regelgerät (15) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Korrektur der Solltemperatur für den Heizungsvorlauf (5) bestimmt ist durch die Größe der Differenz zwischen der am Sollwertgeber (26) eingestellten Begrenzungstemperatur und der Tem­ peratur des Heizkessels (1).

4. Regelgerät (15) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang einer den Brenner (2) ein- und ausschaltenden Kippstufe (28) über einen Widerstand (32) am Basisanschluß eines Transistors (31) liegt und diesen ein- und ausschaltet, so daß ein zwischen dem Emitteranschluß des Transistors (31), dessen Kollektor über eine Diode (34) mit dem nicht invertierenden Eingang eines auf den Antrieb des Mischventils (4) wirkenden Differenzverstärkers (21) verbunden ist, liegender Widerstand (33) bewirkt, daß im eingeschal­ teten Zustand des Transistors (31) das Potential des nicht inver­ tierenden Eingangs des Differenzverstärkers (21) in negativer Rich­ tung verschoben wird.

5. Regelgerät (15) nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß es ein eine Mikroprozessorschaltung, einen Speicher und Interface-Bauteile zum Anschluß der die Regelung beeinflussenden Bauteile (11, 12, 13, 26) und der zu betätigenden Bauteile (2, 14) enthaltendes Gerät ist, bei dem ein Signal zum Schließen des Misch­ ventils (4) erzeugt wird, wenn bei eingeschaltetem Brenner (2) die Temperatur im Heizkessel (1) unter den mittels des Sollwertgebers (26) beeinflußten Einschaltpunkt für den Heizkessel (1) fällt, und, solange die Kesseltemperatur höher ist als der Einschaltpunkt für den Heizkessel (1) und tiefer ist als die am Sollwertgeber (26) einge­ stellte Begrenzungstemperatur, der Öffnungsgrad des Mischventils (4) dadurch beeinflußt wird, daß die Solltemperatur für den Heizungsvor­ lauf (5) um einen der Differenz zwischen der Kesseltemperatur und der Begrenzungstemperatur proportionalen Betrag in negativer Richtung verschoben wird.