DE3538934A1

DE3538934A1 - Verfahren zur absenkung eines temperaturniveaus

Info

Publication number: DE3538934A1
Application number: DE19853538934
Authority: DE
Inventors: Klaus 5630 Remscheid Scheid; Dieter 5632 Wermelskirchen Stuch; Jürgen 5630 Remscheid Taag
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3538934C2

Description

Verfahren zur Absenkung eines Temperaturniveaus
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Absenken eines Temperaturniveaus gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Es .sindiZentratltheizungsanlagen bekanntgeworden, bei denen eine Wärmequelle, zum Beispiel ein Umlaufwasserheizer oder Kessel, einen aus einer Vielzahl von Radiatoren oder Konvektoren bestehenden Heizkreis speist. Hierbei werden moderne Heizungsanlagen mit Absenk- und Normaltemperaturzeiten gefahren, wobei zum Beispiel Absenkperioden am Vormittag, am Nachmittag und in der Nacht vorliegen können. Diese Absenkwerte können gleich oder unterschiedlich sein, ebenso können die zwischen den Absenkperioden liegenden Hochtemperaturperioden gleich oder ungleich hoch in ihren Temperaturniveaus sein. Auch die Periodendauern für Absenkung und Hochtemperaturzeiten sind selten gleich. Geht nun eine Heizungsanlage von einem Hochtemperaturzustand in eine Absenkung über, so wird in der Regel der Sollwert der Vorlauftemperatur erniedrigt. Ist nun die folgende Absenkperiode relativ kurz, so wird im Rahmen des nunmehr für die Heizungsregelung geltenden neuen Sollwertes immer noch Energie zugeführt, wenn auch auf einem niedrigeren Niveau, wobei eventuell gar keine Energiezufuhr notwendig wäre, um unter Ausnutzung des Speichereffekts eine größtmögliche Energieeinsparung zu erzielen. Andererseits kann durch ein völliges Abschalten der Heizleistung an sich die Möglichkeit des Einfrierens ven Teilen der Zentralheizungsanlage an besonders ungeschützten Lagen auftreten.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne Inkaufnahme einer Behaglichkeitseinbuße eine möglichst große Energieeinsparung bei Sollwert-Absenkungen bei einem Verbraucher zu erzielen. Diese Sollwert-Absenkung ist nicht auf eine Heizungsanlage beschränkt, ein in seinem Soll-Temperaturzustand variierender Verbraucher kann ebensogut ein Brauchwasserspeicher oder eine Fußboden-Strahlungsheizung sein.
Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche beziehungsweise gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren eins und zwei der Zeicnnung näher erläutert.
Es zeigen: Figur eins eine schematische Darstellung einer Heizungsanlage und Figur zwei bis vier Diagramme.
Bei der Zentral heizungsanlage 1 gemäß Figur eins ist eine Wärmequelle 2 in Gestalt eines gas- oder ölbeheizten Umlaufwasserheizers beziehungsweise Kessels oder elektischen Durchlauferhitzers beziehungsweise einer Wärmepumpe vorgesehen, die einen Wärmetauscher 3 aufweist, der innerhalb einer Brennkammer 4 angeordnet ist und dem das erwärmte Wasser der Zentral heizungsanlage über eine mit ei-nem Temperaturfühler 5 versehene Vorlaufleitung 6 abgeführt wird. Die Vorlaufleitung führt zu einem tiehrwege-Umschaltventil 14, das einen Stellmotor 15 aufweist, der über eine Stelleitung 16 mit der Steuerung 13 verbunden ist, an die sich zwei Verbraucher 8 und 9 anschließen, wobei der Verbraucher 8 aus einem Brauchwasserspeicher, der Verbraucher 9 aus einer Vielzahl parallel und/oder in Serie geschalteter Heizkörper oder einer Fußboden-Heizungsanlage besteht, von denen wenigstens einer innerhalb eines Raumes 10 angeordnet ist, in dem ein RaumtemperaturfLihler 11 vorhanden ist, der über eine Meßleitung 12 mit einer zentralen Steuer- beziehungsweise Regeleinheit 13 verbunden ist.
Rücklaufseitig sind die beiden Verbraucher 8 oder 9 - es können mehr als zwei Verbraucher sein -an eine Rücklaufleitung 17 angeschlossen, in der eine von einem Antriebsmotor 18 antreibbare Umwälzpumpe 19 vorhanden ist, die ihrerseits rücklaufseitig mit dem Wärmetauscher 3 verbunden ist. In der Rücklaufleitung 17 ist ein Rücklaufteperaturfühler 20 angeordnet, der über eine Meßleitung 21 gleichermaßen mit der Steuerung 13 verbunden ist. Weiterhin ist ein Brauchwasser-Temperaturfühler 22 im Brauchwasserteil des Verbrauchers 8 vorgesehen, der über eine Meßleitung 23 mit der Steuer-und Regeleinheit 13 verbunden ist, die ihrerseits Sollwertgeber 24 und 25 fUr die angeschalteten Verbraucher aufweist. Weiterhin weist die Steuer- und Regeleinheit eine Schaltuhr 26 auf. Den Verbraucher 8 durchsetzt eine Zapfwasserleitung , die vorlaufseitig des Brauchwasserspeichers von einem Zapfventil 27 beherrscht ist.
An die Steuer- und Regeleinheit 13 ist Uber eine Leitung 28 ein Außentemperaturfühler 29 angeschlossen, ferner über eine Stelleitung 30 ein elektromagnetischer Antrieb 31 eines Magnetventils 32, das eine Gaszuleitung 33 zu einem den Wärmetauscher 3 beheizenden Gasbrenner 34 beherrscht.
Die Arbeitsweise der Steuer- und Regeleinheit 13 wird nun anhand der Diagramme der Figur zwei näher erläutert.
Die Figur zwei zeigt eine Kurve 31, die ein erstes hochliegendes Niveau 32, ein zweites im Zeitpunkt to hieran anschließendes tiefes Niveau 33 und ein zum Zeitpunkt tl ansteigendes, aber nicht ganz auf die Höhe des ersten Niveaus steigendes Niveau 34 aufweist. Weiterhin ist ein unter allen Niveaus liegendes weiteres Niveau 35, was konstant angenommen ist und einen Frostschutz bedeutet, eingezeichnet.
Vor einem ersten Zeitpunkt to herrscht gemäß dem Kurventeil 32 ein erster Raumtemperatur-Sollwert $) Soll 1, an den sich zwischen den Zeitpunkten to und tl ein um wenigstens d 9 (z. B. 3 Kelvin) niedriger liegendes zweites Raumtemperaturniveau v Soll 2 gemäß dem Kurventeil 33 anschließt, woran sich ab dem Zeitpunkt tl ein gegenüber dem eben geltenden Raumtemperatur-Sollwert erhöhtes Temperaturniveau R Soll 3 gemäß dem Kurventeil 34 anschließt. Es muß verhindert werden, daß ein hiervon abweichender weiterer Raumtemperatur-Sollwert v R Soll 4 nicht unterschritten wird, um zu gewährleisten, daß auf keinen Fall Teile der Heizungsanlage bei extremen Bedingungen einfrieren (Dauer der Absenkung über ein Wochenende bei erheblichen Minus-Außentemperaturgraden).
Soll beispielsweise nach dem Schlafengehen der Benutzer eines Einfamilienhauses zum Zeitpunkt to die Raumtemperatur zur Nacht abgesenkt werden, wobei diese Nachtabsenkung länger als drei Perioden T des Gebäudes dauert, so wird die erfindungsgemäße Sparabsenkung eingeleitet.
Das bedeutet, daß zum Zeitpunkt to der Brenner erlischt, die Umwälzpumpe abgeschaltet wird und das Mischventil zugefahren wird, so daß der zugehörige Verbraucher, nämlich die Heizungsanlage, von der Zufuhr warmen Wassers abgetrennt wird. Hiermit wird eine möglichst effektive Energieeinsparung erreicht, da nunmehr der Raumtemperatur-Istwert schnell auf den jetzt geltenden Raumtemperatur-Sollwert 2 R Soll 2 absinkt. Dieser Wert gilt nunmehr als Vorgabe für die weitere Steuerung und Vorlauftemperaturregelung der Heizungsanlage, nach Erreichen des neuen Temperatur-Sollwertes und dessen Unterschreiten wird die Heizungsanlage unter Wiederanspringen des Brenners, öffnen des Mischers und Anlaufen der Pumpe auf den Sollwert v R Soll 2 geregelt. Im Zeitpunkt tl, meistens zum Aufstehen am frühen Morgen, wird die Heizungsanlage wieder auf den dann geltenden neuen Raumtemperatur-Soll -wert angehoben.
Liegt die Dauer der Absenkperiode ) R Soll 2 zwischen den Zeitpunkten to und tl kleiner als drei Periodendauern T des Gebäudes oder beträgt der Absenkbetrag weniger als} (z.B 3 Kelvin), &o wird eine normale Absenkung ohne Sparabschaltung von der Steuerung gefahren. Die Ermittlung dieser Werte ist bei Verwendung eines Mikroprozessors mit entsprechenden Speichern im Rahmen der Steuer- und Regeleinheit 13 ohne weiteres möglich, da die Vorgabe der Sollwertgeber 24 oder 25 und die Schalteinstellungen der Schaltuhr 26 gespeichert und abgefragt werden können. Damit hat der Mikroprozessor die entsprechenden Programmwerte vorgegeben.
Wie die Figur drei ausweist, kann bei einem Absenken der Heizungsanlage von einem Raumtemperatur-Sollwert R Soll 5 gemäß dem Kurven zug 36 der Kurve 37 auf ein tieferes Sollwert-Niveau 38 gemäß der Kurve ) R Soll 6 so verfahren werden, daß zunächst der Brenner gemäß der Kurve 39 zum Zeitpunkt to abgeschaltet wird und daß die Pumpe für einen gewissen Kurvenzug 40 bis zu einem Zeitpunkt t6 weiterläuft. Damit soll sichergestellt werden, daß die noch in der Heizungsanlage gespeicherte Wärme (Kesselinhalt und Kohrinhalt) auf das Gebäude übertragen wird.
Erst wenn der Istwert der Vorlauftemperatur nicht mehr über dem Raumtemperatur-Istwert liegt, ist der Zeitpunkt t6 erreicht, und auch die Pumpe wird abgeschaltet. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur zwei ist vorgesehen, daß die Anlage auf jeden Fall einen Frostschutz aufweist. Das bedeutet, daß bei Unterschreiten der Vor-, Rücklauf- oder Raumtemperatur unter den Wert 2 R Soll 4 der Kurve 35 in Figur zwei auf jeden Fall nachgeheizt wird. Das bedeutet, daß beispielsweise zum Zeitpunkt t7 die Pumpe wieder einschaltet und zum kurz danachliegenden Zeitpunkt t8 auch der Brenner geschaltet wird. Der Heizungsanlage wird so viel Wärme zugefuhrt, daß die Stütztemperatur gemäß der Linie 35 in jedem Fall erhalten wird. Somit kann es im Verlauf der Absenkperiode J R Soll 6 einige Zuführungszeiten von Energie durch die Wärmequelle geben.
Die Figur vier nimmt auf einen anderen möglichen Fall Bezug. Hierbei sind Brenner und Pumpe gemäß den Kurvenzügen 41 und 42 in Betrieb, und der Raumtemperatur-Istwert befindet sich gemäß der Kurve 43 über dem gerade zu diesem Zeitpunkt geltenden Raumtemperatur-Sollwert 44 gemäß der Kurve IP R Soll2.Da der Rechner in der Steuer-und Regeleinheit 13 mühelos erkennen kann, daß der Sollwert vom Istwert bereits Uberschritten ist, kann er ein sofortiges Abschalten des Brenners im Zeitpunkt t2 veranlassen und damit sicherstellen, daß Raumtemperatur-Soll- und -Istwert zum Zeitpunkt to, also der beginnenden Sollwert-Absenkung, gleich sind. Hierzu kann es zweckmäßig sein, die Pumpe gemäß der Kennlinie 42 bis zum Zeitpunkt to weiterlaufen zu lassen, um die Speicherkapazität der Heizungsanlage auszunutzen. Der Raumtemperatur-Istwert wird weiter sinken, die Steuerung geht in die Sparabsenkung durch Ausschalten sowohl des Brenners und der Pumpen und Schließen des Mischers, soweit vorhanden. Dieser Zustand dauert so lange, bis im Zeitpunkt t3 die Stütztemperatur gemäß dem jetzt geltenden Sollwert R R SollZim Kurvenzug 44 erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Brenner gemäß der Kurve 41 ein, ganz kurz vorher hat zum Zeitpunkt t4 die Pumpe eingeschaltet.
Aus sicherheitstechnischen Gründen muß zuerst die Pumpe laufen, bevor die Wärmequelle in Betrieb geht. Nunmehr wird die Vorlauf- oder Rücklauftemperatur der Heizungsanlage nach dem geltenden Sollwert ) R Soll 2 gemäß dem Kurvenzug 44 geregelt. Findet etwa zum Zeitpunkt t9 ein überschwingen des Raumtemperatur-Istwerts über den Raumtemperatur-Sollwert statt und ist zum Zeitpunkt t5 bereits eine Temperaturanhebung für die Heizungsanlage geplant, bleiben Brenner und Pumpe von der Regeleinheit 13 weiter in Betrieb, da für den Rechner vorauszusehen ist, daß aufgrund des baldfolgenden Anhebebefehls ohnehin Betrieb für die Wärmequelle notwendig ist.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, unter maximaler Ausnutzung der Möglichkeiten der Energieersparnis ohne Behaglichkeitseinbuße für die Bewohner des beheizten Gebäudes die Heizungskosten zu minimieren.
Die Erfindung ist auch auf das Aufheizen oder Absenken von anderen Verbrauchern wie Fußbodenheizungsanlagen oder Brauchwasserspeicher anwendbar.

Claims

Anspruche 1. Verfahren zum Absenken eines Temperaturniveaus eines von einer Wärmequelle gespeisten Wärmeverbrauchers mittels einer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß bei überschreiten eines vorgebbaren Absenk-Temperaturgrenzwertes ( zu R Soll 2, 2 R Soll 6, AR Solln) die Energiezufuhr zur Wärmequelle (1) so lange gesperrt wird, wie eine vorgebbare weitere Temperaturschwelle ( 2 R Soll 4) nicht unterschritten wi rd.
2. Verfahren nach Anspruch eins, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung nur dann stattfindet, wenn ihre Dauer gleich oder größer 3 T ist, wobei X die Zeitkonstante des beheizten Gebäudes oder eines Brauchwasserspeichers darstellt.
3. Verfahren nach Anspruch eins oder zwei, dadurch gekennzeichnet, daß im Zeitpunkt der Absenkung unter Weiteriaufen der Pumpe zunächst der Brenner oder Heizwiderstand oder Kompressor abgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis drei, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der vorgebbaren weiteren Temperaturschwelle (35) die Temperatur vorzugsweise im Rücklauf der Heizungsanlage gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis vier mit einem Mischer zwischen der Wärmequelle und dem angeschlossenen Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ausschalten des Brenners oder Heizwiderstandes beziehungsweise Kompressors der Mischer in der Sparabsenkung zugefahren wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis fünf, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner beziehungsweise Heizwiderstand oder Kompressor bereits vor dem gewünschten Absenkzeitpunkt (to) abgeschaltet wird, wenn vor dem Absenkzeitpunkt der Raumtemperatur-Istwert ( zu R Ist) größer ist als der vor dem Absenkzeitpunkt geltende Raumtemperatur-Sollwert ( zu R Soll 1) bzw. eine davon abgeleitete Temperatur.
7. Verfahren nach Anspruch sechs, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zeitpunkt der Vorabschaltung (t9) des Brenners danach bemißt, daß zum eigentlich gewünschten Absenkzeitpunkt (to) Gleichheit zwischen Raumtemperatur-Ist- und Raumtemperatur-Sollwert besteht zu R Soll 1 = IstY (bzw. eine davon abgeleitete Temperatur).
8. Verfahren nach Anspruch sechs oder sieben, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Brenner beziehungsweise Heizwiderstand oder Kompressor und erst dann die Pumpe abgeschaltet wird, wobei die Pumpe erst zum Zeitpunkt to des Absenkbeginns spannungslos gemacht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche eins bis acht, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren selbst-optimierend abläuft, indem die aktuellen Temperaturen (Raum-, Auben- und Vorlauftemperatur) und die Schaltzeitpunkte -vorhandener Absenkzyklen gespeichert werden una nach diesen Werten die gerechneten Werte geltender Absenkphasen korrigiert werden.
10. : VerfRahren nach einem der Ansprüche eins bis neun, dadurch gekennzeichnet, daß der geltende Absenk-Temperatur-Sollwert # R Soll 2 zum nächsten Sollwert-Temperatursprung (T5, 2 R Soll 3) aufgehoben wird, wenn dieser Sollwert-Sprung größer ist als eine vorgebbare Schwelle.
11. Verfahren nach Anspruch zehn, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare weitere Schwelle gleich oder größer 2 Kelvin gehalten ist.