DE9408602U1 - MC-Heizungs- und Kesselsteuerung - Google Patents
MC-Heizungs- und KesselsteuerungInfo
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Description
Dip!.-Phys. Max Winkler, Steghäus.er'S^^S^i^irpiigQiis'.tQn 22.5.94
Integriertes Micro-Controller-System zur Steuerung von Heizungs- und Kesselanlagen
Stand der Technik
Der Stand der Technik ist, daß durch eine vorgegebene Kessel-Temperatur-Absenkung
abhängig von der Außentemperatur die Wärmeleistungsentnahme aus dem Heizkessel dem Heizenergiebedarf angepaßt wird. Dadurch soll die Heizung und die
Kesselwasserbereitstellung dem witterungsbedingten Heizenergiebedarf entsprechend
gesteuert werden. Deshalb wurde die Einführung der Niedertemperaturkesseltechnik
damit begründet, daß mit geringeren Abstrahl- und Bereitschaftsverlusten gerechnet werden könnte und damit erhebliche Energieeinsparung durch die NT-Heizkesseltechnik
erreicht würden.
Zusätzlich werden durch die Einstellung von Zeitfenstern für die Betriebszeiten der
Heizkreise (von Tagbetrieb/Nachtabsenkung) die Heizungspumpen ein bzw. aus geschaltet.
Problem
Es bleiben jedoch eine Reihe unbefriedigend gelöster Punkte nach dem Stand der bisherigen
Technik bestehen bzw. es treten durch die Einführung der Rippentechnik für NT-Heizkessel neue Probleme auf, die in der Praxis sogar zu einer Verschlechterung
des Gesamtwirkungsgrades des Heizungssystems führen. Außerdem führt die Niedertemperaturbetriebsweise
zu vermehrter Kondensatbildung an den Kesselheizflächen und im Schornstein und führt zu verstärkten Korrosionsprobiemen.
Bei neueren Untersuchungen über die Energieeinsparung von NT-Heizkesseln hat
sich folgendes Problem ergeben: Mit Vorlauftemperaturen von 40-450C ist es nicht
möglich, Brauchwasser zu erwärmen, also z.B. einen Speicher-Wassererwärmer aufzuladen.
Dazu muß der Kessel mindestens 2 &khgr; täglich auf 60° hochgeheizt werden. Wenn jedoch die Speicherladung beendet ist, befindet sich der Kessel auf diesem
hohen Temperaturniveau und nach Aufhebung der Vorrangschaltung wird das heiße Kesselwasser in das Heiznetz gefördert, wo diese hohe Temperatur nicht gebraucht
wird, d.h. es wird Energie vergeudet und die Räume überheizt.
Neben einer energiesparsamen Betriebsart sind hygienische Gesichtspunkte, Betriebssicherheit,
rechtzeitige und ausreichende Bereitstellung von Heizung und Warmwasser wichtige Forderungen.
Dipl.-Phys. Max Winkler, Steghäus.er;d9.a, i|43£5^§imb*aßh»(jnn 22.5.94
Nach dem bisherigen Stand der Technik bleiben dabei folgende Probleme ungelöst:
Umwälzpumpen laufen unnötig lange und verschwenden elektrische und thermische
Energie
Die angestrebte Energieeinsparung durch den Niedertemperaturbetrieb mit Nachtabschaltung
wird in der Praxis wegen des schlechten Regelverhaltens der Niedertemperatur-Rippenkessel
nicht erreicht.
Bei längerer Kesseltemperatur-Absenkung können sich im Brauchwasserkreislauf
Probleme mit einer Legionellendurchseuchung ergeben. Besonders bei trägen Heizsystemen (Fußbodenheizungen) führt eine fehlende
Wärmebedarfsprognose zu Fehlsteuerungen ( verspätete Heizungsbereitstellung bzw.
Überheizung der Räume).
Durch die MC-Heizungs- und Kesselsteuerung lassen sich diese Probleme mit neuen
technischen Ansätzen lösen.
Erfindung
Bei der Erfindung handelt es sich um ein Micro-Controller basiertes Meß- und Steuerungssystem,
das fortlaufend die Außentemperatur, die Kesseltemperatur und die eingestellten Heizungsparameter mißt, die Einhaltung ihrer Grenzwertvorgaben
überwacht und entsprechende Steuerungsaktionen automatisch veranlaßt. Aufgrund der eingestellten Parameter und der gemessenen Außentemperatur sowie deren zeitlichen
Änderung iäßt sich eine Wärmebedarfsanforderung vorhersagen und dementsprechend rechtzeitig die notwendige Wärmebereitstellung und eine angepaßte
Wärmetransportleistung gewährleisten. Dies geschieht durch eine außentemperaturabhängige Leistungsentnahme der MC-gesteuerten mittleren
Umwälzpumpengeschwindigkeiten in den Heizungs- und Warmwasserkreisläufen.
Der Micro-Controller überwacht permanent sämtliche Temperaturen und Zeitschaltanforderungen
der verschiedenen Heiz- und Brauchwasserkreisläufe. Eine batteriegepufferte Echtzeituhr mit batteriegepuffertem RAM-Speicher garantiert eine
netzunabhängige Sicherheit der eingestellten Betriebsparameter, Zeitschaltintervalle
und der Uhren- sowie der Datums-Funktionen.
Dipl.-Phys. Max Winkler, Steghäuser»3ö.a, ^43^<§iipßaf^j(jpn 22.5.94
Ablaufbeschreibung:
Die MC-Heizungs- und Kessel-Steuerung mißt die Kesselwassertemperatur (A1.1) und
vergleicht sie mit dem eingegebenen Soliwert (A2.3). Unterschreitet die Kesselwassertemperatur
den vorgegebenen Sollwert wird der Brenner eingeschaltet mit einer vorgegebenen Temperaturhysterese ( beispielsweise von 5 K) aufgeheizt. Bei zwei Voriauf-Entnahmestellen
auf unterschiedlichem Temperaturniveau ( Anspruch 4 ) muß zusätzlich die Kesseltemperatur (A1.2) bei der Brennersteuerung berücksichtigt werden.
Bei Betätigung der Prüftaste (B2) wird der Brenner und sämtliche Pumpen (P1, P2, P3)
auf volle Leistung geschaltet unabhängig von den jeweiligen Betriebszustandsparametern.
Die Brauchwasserpumpe (P3) wird in Abhängigkeit von der eingestellten Brauchwasserladezeit
(T3) und der Brauchwassertemperatur (A1.4) eingeschaltet, wenn diese
den vorgegebenen Brauchwassersollwert (A3.3) noch nicht erreicht hat. Außerdem
wird durch die langzeitperiodischen Vorgaben des Sonderprogrammes zur LegioneNenvernichtung
(T4) die Brauchwasserpumpe und der Brennerzustand für eine entsprechend höhere Sollwertvorgabe der Brauchwassertemperatur {= 7O0C) angesteuert.
Die Brauchwasserpumpe (P3) ist gesperrt, wenn die Kesseltemperatur (A1.2) <der
Brauchwassertemperatur A1.4 ist.
Brauchwassertemperatur A1.4 ist.
Die MC-Heizungs- und Kessel-Steuerung mißt die Außentemperatur (A2.1) und vergleicht
sie mit dem vorgegebenen Sollwert (A2.6) für die Vollasttemperatur. Ist die
Außentemperatur A2.1 < A2.6 so werden die Heizkreispumpe (P1) und die Fußbodenkreispumpe (P2) auf Vollast (100%) geschaltet.
Bei A2.1 > A2.6 werden die Teillastverhältnisse für den Heizkörperkreis ( &phgr;1 ) bzw. für
den Fußbodenkreis (&phgr;2) vom Micro-Controller ausgerechnet. Die zugeordneten Pumpen
werden dann im jeweils entsprechenden Taktschaitverhältnis angesteuert (Ansprüche 1 und 2). Die eingestellten Betriebsbereiche in (T1) und (T2) müssen sich
dabei im Aktivzustand befinden und die Brennertemperatur (A1.1) darf nicht unter den
Vorlauftemperatursollwert (A2.3) abgesunken sein.
Der Kessel kann auch in den Betriebspausen der Umwälzpumpen, also z.B. nachts auf
Mindest-Vorlauftemperatur gehalten werden, so daß komplizierte Hochfahrprogramme
entfallen. Die Schaltdifferenz der Voriaufregelung sollte etwa + 5K betragen, die des
Kesse!reglers + 7K.
Dipl.-Phys. Max Winkler, Steghäb$ei;eQat^3^3iriiSa$$ij(Jpn 22.5.94
Spezifikation
für Öl-/Gaskesselregelung
( speziell ausgelegt für "NT-Heizkessel" nach Gerhard Metzner)
A. Microcontroller - Teil
A 1.1 Vorlauftemp. ( <=>
Kesseltemperatur bei einer Vorlaufentnahmetemp.)
A 1.2 Kesseltemp. (liegt » 15 K über A 1.1, bei zwei Vorlauftemp.)
A 1.3 Außentemp.
A 1.4 Brauchwassertemp. ( dient auch der Brauchwasserhygienisierung)
A 1.5 Abgastemp. ( Fühler optional, dient der Reinigungsanzeige )
Ä2.1 Außentemp. (oA1.3)
A 2.2 Vorlauftemp.-Istwert («►ALI)
A 2.3 Vorlauftemp.-Sollwert - vom Betreiber einstellbar von 40 bis 70 0C
A 2.4 Teillastverhältnis Heizkörperkreis &phgr;1 (in % )
A 2.5 Teillastverhältnis Fußbodenkreis &phgr;2 (in % ) A 2.6 Vollast-Außentemp. = 100% Pumpenleistung Auslegungstemp. der Anlage
A3 T1 Betriebszeiten Heizkörperkreis ( 2 Betreibszeitbereiche einsteilbar)
A3 T2 Bertriebszeiten Fußbodenkreis ( 1 Betriebszeit einstellbar) A3 T3 Brauchwasser-Ladezeit - A 3.3 Brauchwassertemp.- Sollwert einsteilbar
A3 T4 Sonderprogramm "Legionellenvemichtung"
B. Konventioneller Teil
B 1 Ein-/Ausschalter
B 2 Prüftaste ( Kaminkehrer)
B 3 Maximalregler typgeprüft, festeingesteilter Sollwert = 85°C
B 4 Sicherheitstemp.-Begrenzer typgeprüft 1000C
B Ü Überbrückungsschalter bei MC-Störung
Der Fühler A 1.1 kommt in den Vorlaufabgang für die "gemischte Vorlauftemperatur.
Die Fühler für A 1.2, B 3 + B 4 kommen in eine gemeinsame Tauchhülse in der
wärmsten Kesselzone.
Die funktionellen Verknüpfungen entsprechen dem beiliegenden Blockschaltbild
Claims (6)
- Dipl.-Phys. Max Winkler, Steghäus£r:39a,843S9*Sjrab*äci)£fon 22.5.94MC-Heizungs- und KesselsteuerungIntegriertes Micro-Controller-System zur Steuerung von Heizungs- und Kesselanlagen (im folgenden kurz "MC-Heizungs- und Kesselsteuerung" genannt)Schutzansprüche1. MC-Heizungs und Kesselsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung derWärmeleistungsentnahme aus dem Heizkessel in Abhängigkeit vom jeweiligen Bedarf durch Veränderung des in das Heiznetz geförderten Heizungswasservolumenstromes bei konstanter Vorlauftemperatur erfolgt.
- 2. MC-Heizungs und Kesselsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizungswasservolumenstrom durch eine Taktschaltung oder/und eine Drehzahländerung der Umwälzpumpen angepaßt wird, wobei die Außen-, Kessel-, Brauchwasser- und Raumtemperaturen fortlaufend erfaßt und entsprechend den eingestellten Zeitprogrammen und Sollwerten die Feuerungseinrichtungen und die Umwälzpumpen angesteuert werden.
- 3. MC-Heizungs und Kesselsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tiefste Außentemperatur, bei der die volle Pumpenförderleistung zur Verfugung stehen soll, vom Benutzer frei wählbar ist und daß für verschiedene Heizungskreisläufe { z.B. Heizkörper- oder Fußbodenkreis ) unterschiedliche Teillastverhältnisse eingestellt werden können.
- 4. MC-Heizungs und Kesselsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie für Heizkessel mit zwei Vorlauf-Entnahmestellen auf unterschiedlichem Temperaturniveau einsetzbar ist und dementsprechend die Temperaturfühler-Eingangssignale derart verarbeitet, daß die Bereitstellung der entsprechend dem jeweils aktuellen Zeitprogramm angeforderten Nutzwärme aufdemjeweils niedrigst möglichen Temperaturn iveau erfolgt.
- 5. MC-Heizungs und Kesselsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine getrennt gewertete Tag-/Nacht-Temperatur-SummenGrenzwertabfrage eine automatische Sommer-ZWinter-Betriebserkennung möglich ist.
- 6. MC-Heiz-/Kessel-Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch wöchentliche periodische Brauchwasseraufheizung über 65°C der gesamte Brauchwasserkreislauf hygienisiert und damit besonders der Legionellengefahr vorgebeugt werden kann, wobei durch eine zeitlich begrenzte Hygienisierungsaufheizung und Überwachung der Brauchwasser-Zirkulation dies ohne nennenswerten Energieverlust möglich ist.
Priority Applications (1)
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DE9408602U DE9408602U1 (de) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | MC-Heizungs- und Kesselsteuerung |
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Publications (1)
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DE9408602U1 true DE9408602U1 (de) | 1995-09-28 |
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ID=6909098
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DE9408602U Expired - Lifetime DE9408602U1 (de) | 1994-05-26 | 1994-05-26 | MC-Heizungs- und Kesselsteuerung |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE9408602U1 (de) |
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