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Verfahren zum Steuern zweier auf einen Verbraucher
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arbeitender Wärmequellen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Steuern zweier auf einen Verbraucher arbeitender Wärmequellen
gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Unter Wärmequellen sind hier jedwede Art Wärmeerzeuger zu verstehen,
also Umlaufwasserheizer, Kessel oder Wärmepumpen oder jedwede Kombination der drei
Arten, unter Verbraucher kann ein beliebiger Brauchwasserspeicher oder eine Heizungsanlage
oder auch eine Kombination beider verstanden werden.
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Wesentlich ist, daß eine der beiden Wärmequellen nur die Betriebszustände
Ein und Aus kennt, während die andere innerhalb des Betriebszustandes Ein in einem
Pulspausenverhältnis getaktet wird. Damit kann die eine Wärmequelle entweder die
Leistung Null oder 100 %, die andere über
eine Variation des Pulspausenverhältnisses
jeden beliebigen Leistungszustand auf den Verbraucher schalten.
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Solche Steuerverfahren beziehungsweise Mehrkessel anlagen sind bekannt.
Wird von einem Betriebszustand ausgegangen, bei dem beide Wärmequellen in Betrieb
sind, und sinkt die Regelabweichung, beispielsweise daß sich der Vorlauftemperatur-Ist-
an den Vorlauftemperatur-Sollwert annähert, so kommt es häufig zu einem Abschalten
beider Wärmequellen, obwohl eigentlich auf eine Wärmequelle zurückgeschaltet werden
müßte. Das führt kurz danach wieder zum Einschalten beider Wärmequellen und damit
zu einer unerwünschen Pendelung.
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Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, beim Betrieb
von zwei Wärmequellen auf eine Wärmequelle zurückzuschalten, wenn dies aufgrund
der sich weiterentwickelnden Wärmeanforderung nötig ist, also das Abschalten beider
Wärmequellen auf einmal zu vermeiden.
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Die Lösung der Aufgabe liegt in den kennzeichnenden Merkmalen des
Hauptanspruchs.
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Weitere Ausgestaltungen und besonders vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung, die ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 der Zeichnung näher
erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Heizungsanlage und
Figur 2 ein Diagramm.
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In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen jeweils die gleichen
Einzelheiten.
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Die Heizungsanlage 1 in Figur 1 weist einen Verbraucher 2 auf, der
aus einer Vielzahl in Serie und/oder parallelliegender Radiatoren, Konvektoren,
Fußbodenheizungsabschnitte oder einem Gebrauchswasserbereiter bestehen kann. Auf
diesen Verbraucher 2 wird Wärme aus zwei gasbeheizten Kesseln 3 und 4 übertragen,
wobei diese Kessel etwa gleiche Maximalleistung aufweisen, der Kessel 3 entweder
in Betrieb ist mit 100 % Leistung oder ausgeschaltet ist, während der Kessel 4 in
einem Pulspausenverhältnis getaktet wird.
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Der Kessel 3 weist eine Kesselvorlaufleitung 5 auf, die mit einem
Magnetventil 6 versehen ist, das von einem Stellmotor 7 angesteuert ist. Der weiterführende
Teil der Kesselvorlaufleitung führt zu einer Sammelleitung 8. An die Sammelleitung
8 ist auch der Kessel 4 über seine Kesselvorlaufleitung 9 angeschlossen, in der
gleichfalls
ein von einem Elektromagneten 10 betätigbares Magnetventi
1 11 vorgesehen ist. An den Sammler 8 schließt sich eine gemeinsame Vorlaufleitung
12 an, die mit einer von einem Elektromotor 13 angetriebenen Pumpe 14 versehen ist.
Der weiterführende Teil der Vorlaufleitung 12 ist an den Verbraucher 2 angeschlossen,
der seinerseits rücklaufseitig über eine Leitung 15 mit einer ersten Verzweigungsstelle
16 verbunden ist, von dem eine Kesselrücklaufleitung 7, zum Kessel 3 führend, und
eine Kesselrücklaufleitung 18, zum Kessel 4 führend, abgeht. Der Kessel 3 ist mit
einem atmosphärischen Gasbrenner 19 versehen, der aus einer mit einem Gasventil
20 versehenen Gasleitung 21 gespeist ist, wobei das Ventil 20 von einem Elektromagneten
22 beherrscht ist, der lediglich die Betriebszustände offen und geschlossen kennt.
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Auch der Kessel 4 weist einen atmosphärischen Gasbrenner 23 auf, der
aus der gleichen Leitung 21 gespeist ist, und zwar über ein Ventil 24, das von einem
Elektromagneten 25 beherrscht ist, wobei dieses Ventil nach Maßgabe der vom Kessel
4 abzugebenden Leistung getaktet ist. Die Elektromagnete 22 und 25 sind über Leitungen
26 und 27 mit einer Steuervorrichtung 28 verbunden, über die über eine Stellleitung
29 der Pumpenmotor 13 angetrieben ist. Die Elektromagnete 7 und 10 sind über zugehörige
Leitungen 30 und 31 gleichfalls mit der Steuervorrichtung 28 verbunden. An
die
Steuervorrichtung 28 ist ein Vorlauftemperaturfühler 32 über eine Leitung 33, ein
Außentemperaturfühler 34 über eine Leitung 35 und ein Sollwertgeber 36 über eine
Leitung 37 angeschlossen.
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Statt atmosphärischer Gasbrenner 19'und 23 können auch Gebläse-Gasbrenner
beziehungsweise Ul-Gebläsebrenner Einsatz finden. Statt der Kessel 3 und 4 könnten
ebensogut Absorptions-Wärmepumpen beziehungsweise Kompressions-Wärmepumpen oder
Umlaufwasserheizer sowohl in gleicher als auch in unterschiedlicher Kombination
zum Einsatz kommen. Als Regelgröße muß nicht die Vorlauftemperatur vorgesehen sein,
durch Anordnung des Fühlers 32 an der Leitung 15 könnte es sich ebensogut um eine
Rücklauftemperatur oder eine von beiden Temperaturen einzeln abgeleitete Temperatur
handeln.
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An die Steuervorrichtung 28 ist ein Verzögerungszeitgeber 38 über
eine Leit-ung 39 angeschlossen. Die Ventile 6/7 beziehungsweise 10/11 sind dafür
vorgesehen, den nicht benötigten Kessel vom Verbraucher 2 hydraulisch zu trennen.
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Die in der Figur 1 beschriebene Kesselanlage weist folgende Funktion
auf, die nun anhand des Diagramms der Figur 2 näher beschrieben wird.
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In der Abszisse ist die Vorlauftemperatur TV in OC, in der Ordinate
die Leistung in kW aufgetragen. Man erkennt, daß beide Wärmequellen die gleiche
Leistung haben. Wird davon ausgegangen, daß von einer relativ hohen Vorlauftemperatur
Leistung vom Verbraucher 2 angefordert ist, so wird die Vorlauftemperatur sinken,
bis eine erste Vorlauftemperaturschwelle tl erreicht wird. Dies ist die Einschaltschwelle
für den im Pulspausenverhältnis betriebenen Kessel 4. Daß dieser Kessel taktet,
ersieht man aus der zeitabhängigen Kennlinie 40. Die Vorlauftemperatur verhält sich
gemäß der Kurve 41. Steigt nach Einschalten des Kessels 4, der in diesem Pulspausenverhältnis
betrieben wird, die Vorlauftemperatur, so wird dieser Kessel beim Erreichen der
Abschaltschwelle t2 wieder ausgeschaltet. Die Vorlauftemperatur folgt zwischen den
Werten tl und t2 der Sägezahnkurve 41. Reicht die Leistung des getakteten Kessels
4- jedoch nicht aus, um die Wärmeanforderung des Verbrauchers zu befriedigen, und
bleibt der Vorlauftemperatur-Istwert zwischen den Werten tl und t2, so führt das
lediglich zu einem Pulspausenverhältnis von 1, das heißt, der Kessel 4 bleibt dauernd
eingeschaltet.
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Reicht die Leistung des Kessels 4 jedoch auch bei dauerndem Einschalten
nicht aus, die Wärmeanforderung des Verbrauchers 2 zu decken, so unterschreitet
der Vorlauftemperatur-Istwert den Wert von tl. Solange er den Wert
t3
nicht erreicht, ändert sich an dem eben beschriebenen Zustand gar nichts. Wird jedoch
der Wert t3 erreicht oder unterschritten, so führt das zu einer Freigabe des Magnetventils
22/20, das heißt, der Kessel 3 geht in Betrieb.
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Da er nur die Betriebszustände Ein oder Aus kennt, wird die Kesselleistung
des Kessels 3 zu 100 % zugeschaltet, das heißt, die Heizungsanlage arbeitet nun
mit der Kennlinie 42. Wird der Punkt t4 erreicht, das heißt, die Leistung beider
Kessel ist größer als der Wärmeverbrauch des Verbrauchers 2, so wird der getaktete
Kessel 4 abgeschaltet, der Kessel 3 bleibt voll in Betrieb. Damit wird der Punkt
t4' erreicht, die Heizungsanlage wird aber mit dem Kessel 3-mit 100 % Leistung weiterbetrieben.
Ict, das nach einer gewissen Zeit durchaus geschehen kann, die Leistung des Kessels
3, gemessen am Wärmeverbrauch des Verbrauchers 2, zu großj so wird der Punkt t2'
erreicht, woraus ein Abschaltbefehl auch für den Kessel 3 erfolgt.
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Danach könnte sich das Regelspiel, wie beschrieben, wiederholen. Wird
jedoch der Punkt t4' zwischen den Punkten tl' und t2' nicht verlassen, so bleibt
der Kessel 3 zu 100 % in Betrieb. Wird jedoch der Punkt t3' erreicht beziehungsweise
unterschritten, so geht der Kessel 4 wieder zusätzlich in Betrieb.
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Wenn im Punkt t4 abgeschaltet wird, so ist im Augenblick noch nicht
genau zu erkennen, ob die Leistung eines Kessels
weiter benötigt
wird oder von beiden nicht benötigt wird. Aus dem Grunde tritt beim Abschalten von
Kessel 4 im Punkt t4 das Zeitglied 38 in Aktion, das den Kessel 3 dann abschaltet,
wenn nach Ablauf einer gewissen Zeit, etwa 5 Minuten, der Temperatur-Istwert über
den Wert von t2 hinausgelaufen ist. Ist nach Ablauf der Verzögerungszeit der Temperatur-Istwert
kleiner als der Wert t2, bleibt der Kessel 3 in Betrieb.