DE3446167C2 - - Google Patents
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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.
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.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH5588/84A CH665706A5 (de) | 1984-11-22 | 1984-11-22 | Regelgeraet fuer eine heizungsanlage. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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