DE9405531U1 - Regeleinrichtung für Warmwasser-Zentralheizungsanlagen - Google Patents

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5186 Ja

Windhager Zentralheizung
Gesellschaft m.b.H.
A-5201 Seekirchen

Regeleinrichtung für Warmvasser-Zentralheizunqsanlaqen

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Warmwasser-Zentralheizungsanlagen, bei denen wenigstens ein Heizungskessel wenigstens eine Heizungsgruppe über eine Pumpe und bzw. oder ein Regulierventil mit Warmwasser versorgt, wobei Fühler für die Außentemperatur, die Raumtemperatur und die Vor- und Rücklauftemperatur des Warmwassers vorgesehen sind und die Regeleinrichtung die Vorlauftemperatur über die Heizleistung des Heizungskessels und bzw. oder über das Regulierventil in Abhängigkeit von der Außenbzw. Raumtemperatur regelt.

Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art wird im wesentlichen nur die Vorlauftemperatur an die momentan herrschenden Außen- bzw. Raumtemperaturen angeglichen. Falls die Regelung dieser Vorlauftemperatur über das Regulierventil, insbesondere ein Mischventil, für das vom Heizungskessel her zugeführte Warmwasser und einen Teil des rücklaufenden Wassers erfolgt, ist es meist üblich, für den Heizungskessel einen zusätzlichen, gegebenenfalls einstellbaren Temperaturwächter vorzusehen, der den Brenner oder den sonstigen Wärmeerzeuger des Heizungskessels beim Absinken der Temperatur unter einen vorgegebenen Wert ein- und beim Erreichen eines vorgegebenen Höchstwertes wieder ausschaltet, wobei hier in dem vom Heizungskessel abgegebenen Warmwasser Temperaturschwankungen in der erwähnten Spanne auftreten. Die Regelung nach der Außen- bzw. Raum-

temperatur allein ist träge und führt, wenn nach der Außentemperatur geregelt wird, vielfach zu einer stärkeren Erwärmung des von der jeweiligen Heizungsgruppe versorgten Raumes bzw. Gebäudeteiles und damit auch zu den unerwünschten Schwankungen in der vorgewählten Raumtemperatur.

Es ist bekannt, vor der Installierung einer Zentralheizungsanlage die wesentlichen Parameter der zu beheizenden Räume, nämlich Raumgröße, Raumvolumen, Wärmedurchgangsfaktoren der Raumbegrenzungen, in Sonderfällen aber auch die durchschnittlichen äußeren klimatischen Bedingungen, insbesondere die durchschnittlichen Außentemperaturen, wie Windgeschwindigkeiten usw. , zu erfassen und aus diesen Parametern einerseits die Größe der zu installierenden Heizkörper bzw. Heizflächen und anderseits den Heizleistungsbedarf und damit die Größe des zu installierenden Heizungskessels im voraus zu bestimmen. Für die Wärmeabgabe können neben üblichen Radiatoren u.dgl. auch Flächenheizkörper in Form von Fußbodenheizungen bzw. Wandflächenheizungen oder Lufterhitzer von Luftheizgeräten mit oder ohne Ventilator vorgesehen werden. In vielen Fällen finden solche Heizeinrichtungen auch in verschiedenen Mischvarianten Verwendung.

Wenn bei Warmwasser-Zentralheizungsanlagen der eingangs genannten Art zwei oder mehrere Heizungsgruppen oder Heizkreise vorgesehen sind, wird die Gesamtregelung ungenau und es kommt vor allem zu ungleichmäßigen Verteilungen oder zu schlechten Dosierungen der Heizleistung auf die einzelnen Heizkreise, wobei vorgesehene Regeleinrichtungen, z.B. Drosseleinrichtungen an den Heizkörpern, häufig korrigiert werden müssen, um die tatsächlich gewünschten Heizleistungen und damit Raumtemperaturen zu erhalten.

Bei einem Wärmetauscher für an eine Fernheizung angeschlossene Einzelverbraucher, bei dem das vom Fernheizwerk gelie-

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ferte Heizmedium Temperaturschwankungen unterliegen kann, ist es zur Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades und einer Vergleichmäßigung der Wassertemperatur in dem sekundären Heizkreis des Verbrauchers aus der AT-PS 394 899 bekannt, die Vorlauftemperatur des Heizmediums zu erfassen, eine Solltemperatur für das Wasser im Sekundärkreis vorzugeben und eine im Sekundärkreis liegende Pumpe im Sinne eines Soll-Istwertabgleiches der Temperatur im Sekundärstrom in ihrer Drehzahl zu regeln.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Regeleinrichtung der eingangs genannten Art, mit deren Hilfe eine gegenüber der bisherigen Ausführung genauere, wenig trägheitsbehaftete und insgesamt einen günstigeren Wirkungsgrad ergebende Gesamtregelung ermöglicht und vor allem auch bei mehreren Heizungsgruppen bzw. Heizkreisen eine exakte Einzelregelung in jedem einzelnen Heizkreis durchführbar wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung einen Rechner aufweist, der nach Kenndaten für die bzw. jede Heizungsgruppe und den von dieser Heizungsgruppe beheizten Raum programmierbar ist, aus den über die Fühler ermittelten Parametern Außentemperatur und Raumtemperatur die momentan erforderliche Heizleistung für die jeweilige Heizungsgruppe ermittelt und die Abgabe der erforderlichen Heizleistung durch Vorgabe einer von der Außen- bzw. Raumtemperatur abhängigen Vorlauftemperatur oder einer von den Betriebsbedingungen des Heizkessels abhängigen Rücklauftemperatur über den Massendurchsatz des Warmwassers unter Überwachung und Einregelung der Rücklauf- bzw. Vorlauftemperatur auf einen Vorgabewert durch Drehzahlregelung der Pumpe, periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe unter Regelung des Arbeits-/Pausenverhältnisses oder über das Regulierventil regelt.

Das Produkt aus Massestrom und Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur entspricht direkt der Heizleistung in einem Heizkreis bzw. einer Heizungsgruppe. Eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht hier darin, daß durch Vorgabe eines leicht erfaßbaren Parameters, nämlich der Rücklauf- oder Vorlauftemperatur eine exakte und weitgehend trägheitslose Regelung der Heizleistung über die durch die Pumpendrehzahl bzw. die Einstellung des Regulierventiles definierte Größe des Massenstromes ermöglicht wird. Bei den meisten Heizungen wird man die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder der gewünschten Raumtemperatur vorgeben und die Regelung auf den vorberechneten Wert der Rücklauftemperatur durch Einstellung des Massestromes vornehmen. In Sonderfällen kann aber auch ein besonderer Verlauf der Rücklauftemperatur gewünscht bzw. gefordert werden. Dies gilt insbesondere für sogenannte Brennwertkessel, die nach dem Kondensationsprinzip arbeiten. Dabei werden die Verbrennungsgase zumindest im Teillastbereich der Heizungsanlage durch das Heizungswasser unter den Taupunkt abgekühlt, um sensible und latente Wärme möglichst vollständig zu nützen. Für solche Heizungen wird zumindest für den Teillastbereich bei der erfindungsgemäßen Ausführung ein niedriger Wert der Durchlauftemperatur vorgegeben und es wird dazu auf Grund der momentan erforderlichen Heizleistung die erforderliche Vorlauftemperatur berechnet und über den Massendurchsatz des Heizungswassers eingeregelt. Die Anlage kann noch zur exakten Bestimmung des Massendurchsatzes durch einen wieder mit dem Rechner verbundenen Durchflußzähler ergänzt werden, wobei die Meßwerte des Zählers für die Drehzahlregelung der Pumpe oder die Einstellung eines Regelventils herangezogen werden.

Für die Programmierung des Rechners können die bei der Auslegung der Heizung bereits bestimmten oder erfaßten

Parameter für den Raum bzw. die Raumgruppe jedes Heizungskreises herangezogen werden, so daß der Rechner für jede Außentemperatur und jede gewünschte Raumtemperatur einen Vorgabewert für die Heizleistung und damit bei der erfindungsgemäßen Ausführung die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur ermitteln kann. Es ist aber auch möglich, Parameter für den Heizleistungsbedarf der einzelnen Heizungsgruppen empirisch zu ermitteln und dem Rechner einzugeben. Bei einer solchen empirischen Ermittlung kann beispielsweise die Vorlauftemperatur abhängig von der Außentemperatur eingestellt und bei konstant gehaltenem Massendurchsatz des Warmwassers die Erhöhung der Raumtemperatur nach einer bestimmten Zeitspanne gemessen werden. Aus mehreren solchen Messungen läßt sich bei entsprechend programmiertem Rechner problemlos der Heizleistungsbedarf für die jeweilige Heizungsgruppe berechnen und speichern. Mit der Annäherung der erreichten Raumtemperatur an die eingestellte oder vorgewählte Raumtemperatur kann die Heizleistung z.B. nach einer im Rechner programmierten Kurve rechtzeitig auf den Erhaltungswert für die Raumtemperatur abgesenkt werden. Insgesamt gesehen wird gegenüber der bekannten Ausführung eine wesentlich weniger trägheitsbehaftete und dabei genauere Regelung und damit Einstellung der jeweils gewünschten Raumtemperatur erreicht.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Regeleinrichtung zusätzlich die jeweilige bzw. mittlere Heizleistung des Heizungskessels nach dem ermittelten Heizleistungsbedarf der Heizungsgruppe bzw. -gruppen einregelt. Hier ergibt sich die Möglichkeit, bereits bei Feststellung eines erhöhten Leistungsbedarfes und noch vor wesentlichem Absinken der Kesseltemperatur die Heizleistung entsprechend einzuregeln bzw. zusätzlich die Regelung der Heizleistung so vorzunehmen, daß der Kessel weitestgehend im Bereich seines günstigsten Wirkungsgrades betrieben werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen

Fig. 1 eine mit einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ausgestattete Warmwasser-Zentralheizungsanlage im Schema,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer außentemperaturabhängigen Regelung beim Stand der Technik,

Fig. 3 ein entsprechendes Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgedankens bei der einen Art der Regelung und

Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Erfindungsgedankens bei einer anderen Art der Regelung.

Nach Fig. 1 ist ein Heizungskessel 1 vorgesehen, der mit festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen bzw. elektrischen Heizkörpern betrieben werden kann und zugleich einen Warmwasserspeicher für die Heizung bildet. Vom Heizungskessel 1 führen je eine Vorlauf leitung 2 und eine Rücklaufleitung 3 zu einer in Form eines Einzelverbrauchers 4 veranschaulichten Heizungsgruppe. In der Vorlaufleitung 2 liegt ein Mischventil 5, das über eine Kurzschlußleitung 6 auch mit der Rücklaufleitung 3 verbunden ist und daher dem Zweig 2a der Vorlaufleitung Warmwasser mit einer durch das Mischungsverhältnis bestimmten Temperatur zuführt. In weiterer Folge liegt in der Vorlauf leitung 2a eine Umwälzpumpe 7, deren Drehzahl geregelt werden kann, so daß die Masse der in der Zeiteinheit dem Heizkörper 4 zugeführten Warmwassermenge vorbestimmt wird.

Die Regeleinrichtung besitzt einen mit einer Steuereinheit kombinierten Rechner 8, der mit Fühlern 9 bis 12 für die Außentemperatur, die Raumtemperatur, die Vorlauftemperatur

in dem zum Heizkörper 4 führenden Zweig und die Rücklauftemperatur hinter der Heizungsgruppe 4 versehen ist. Bei mehreren Heizungsgruppen wird man für jede dieser Heizungsgruppen zumindest eigene Raumtemperaturfühler 10 und Vor- und Rücklauftemperaturfühler 11, 12 sowie vorzugsweise auch eine eigene Pumpe 7 verwenden. Zusätzlich kann in der Vorlaufleitung oder auch in der Vorlauf leitung jeder Heizungsgruppe ein mit dem Rechner 8 verbundener Durchflußzähler angeordnet sein.

Der Rechner der Regeleinrichtung 8 ist mit Kenndaten für die Heizungsgruppe 4 bzw. jede einzelne Heizungsgruppe bei mehreren Heizungsgruppen und die von ihnen beheizten Räume programmierbar und errechnet nach Maßgabe der Meßdaten des Außentemperaturfühlers 9 und des Raumtemperaturfühlers 10 für die bzw. jede Heizungsgruppe 4 die momentan erforderliche Heizleistung. Nach der mit Fühlern 9 ermittelten Außentemperatur stellt der Regler 8 bei der einen möglichen Art der Regelung über das Mischventil 5 die Vorlauf temperatur in dem zu der bzw. den Heizungsgruppen 4 führenden Zweig 2a der Vorlaufleitung 2 ein. Ferner wird die Drehzahl der Pumpe 7 bzw. bei mehreren Heizungsgruppen 4 jeder Pumpe 7 unter Veränderung des Massenstromes des Warmwassers auf einen vom Rechner der Regeleinrichtung 8 vorgegebenen Sollwert der über den Fühler 12 ermittelten Rücklauftemperatur eingeregelt und damit die Heizungsgruppe 4 auf die vom Rechner festgelegte Heizleistung eingestellt. Bei der anderen Art der Regelung wird ein besonderer Verlauf der Rücklauftemperatur vorgegeben und die Vorlauftemperatur über den Massendurchsatz auf den die notwendige momentan nötige Heizleistung ergebenden Wert eingeregelt.

Durch eine strichlierte Steuerleitung 13 wurde noch angedeutet, daß der Regler 8 auch die Heizleistung des Heizungskessels 1, d.h. des dort vorgesehenen Wärmeerzeugers ent-

sprechend dem Leistungsbedarf der Heizungsgruppe 4 regeln und damit an den momentanen Leistungsbedarf anpassen kann. Sind mehrere Heizungsgruppen vorhanden, dann wird die Heizleistung selbstverständlich nach dem gesamten Leistungsbedarf eingestellt.

In Fig. 2 ist die bisherige Art der Regelung erklärt. Hier sind auf der Abszisse die Außentemperatur und auf der Ordinate die Vorlauftemperatur eingetragen. Zu jeder über einen Fühler ermittelten Außentemperatur wird ein bestimmter Wert der Vorlauftemperatur vorgegeben und eingeregelt. Der Massendurchsatz des Warmwassers durch die Heizungsgruppe bleibt im wesentlichen konstant.

Bei der einen erfindungsgemäßen Ausführung, die in Fig.

3 erläutert ist, wird ebenfalls eine Vorlauftemperatur, die aber niedriger sein kann als bei einer vergleichbaren bekannten Heizeinrichtung, vorgegeben. In dem Diagramm nach Fig. 3 ist auch ein möglicher Verlauf der Rücklauftemperatur angegeben. Der Abstand zwischen Vorlauf- und Rücklauftemperatur ist für die momentane Heizleistung bestimmend. Diese Heizleistung wird mittels des Rechners 8 vorgegeben und durch Angleichung an die definierte Rücklauftemperatur über den durch die Drehzahl der Pumpe 7 bestimmten Massendurchsatz eingeregelt.

Bei der anderen erfindungsgemäßen Ausführung, die in Fig.

4 erläutert ist, wird zumindest für einen Teillastbereich, also relativ niedrigen Heizleistungsbedarf, ein z.B. konstanter, niedriger Wert der Rücklauftemperatur vorgegeben. Aus dem errechneten Heizleistungsbedarf ergibt sich die benötigte Vorlauftemperatur, die wieder über den Massendurchsatz eingeregelt wird.

Claims (2)

Windhager Zentralheizung Gesellschaft m.b.H., Seekirchen (Österreich) Schutzansprüche :

1. Regeleinrichtung für Warmwasser-Zentralheizungsanlagen, bei denen wenigstens ein Heizungskessel wenigstens eine Heizungsgruppe über eine Pumpe und bzw. oder ein Regulierventil mit Warmwasser versorgt, wobei Fühler für die Außentemperatur, die Raumtemperatur und die Vor- und Rücklauftemperatur des Warmwassers vorgesehen sind und die Regeleinrichtung die Vorlauftemperatur über die Heizleistung des Heizungskessels und bzw. oder über das Regulierventil in Abhängigkeit von der Außen- bzw. Raumtemperatur regelt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) einen Rechner aufweist, der nach Kenndaten für die bzw. jede Heizungsgruppe (4) und den von dieser Heizungsgruppe beheizten Raum programmierbar ist, aus den über die Fühler (9, 10) ermittelten Parametern Außentemperatur und Raumtemperatur die momentan erforderliche Heizleistung für die jeweilige Heizungsgruppe ermittelt und die Abgabe der erforderlichen Heizleistung unter Vorgabe einer von der Außen- bzw. Raumtemperatur abhängigen Vorlauftemperatur oder einer von den Betriebsbedingungen des Heizungskessels abhängigen Rücklauftemperatur über den Massendurchsatz des Warmwassers und Einregelung der Rücklauf- bzw. Vorlauftemperatur auf einen Vorgabewert durch Drehzahlregelung der Pumpe (7) oder periodisches Ein- und Ausschalten der Pumpe unter Regelung des Arbeits-/Pausenverhältnisses oder über das Regulierventil (5) regelt.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (8) zusätzlich die jeweilige bzw. mittlere Heizleistung des Heizungskessels (1) nach dem ermittelten Heizleistungsbedarf der Heizungsgruppe (4) bzw. -gruppen einregelt.