DE3202168A1

DE3202168A1 - Regeleinrichtung fuer eine warmwasser-zentralheizung

Info

Publication number: DE3202168A1
Application number: DE19823202168
Authority: DE
Inventors: Kurt 7500 Karlsruhe Ewe
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1982-01-25
Publication date: 1983-08-04

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 82 P 4402 DE

Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei bekannten Heizungsregelungen wird die Vorlauftemperatur des Wassers als Wärmeträger im Verbraucherkreis gemessen und als Regelgröße dem Regler aufgeschaltet. Die Führungsgröße wird von Hand eingestellt oder abhängig von der Außentemperatur geführt. Die nichtlineare Abhängigkeit Außentemperatur/Vorlauftemperatur wird durch eine Schar von "Heizkurven" dargestellt. Die vom Betreiber vorzunehmende Einstellung der optimalen Heizkurve bzw. ihre Anpassung an die Gegebenheiten im Verbraucherkreis ist langwierig, schwierig oder oft gar nicht möglich. Eine Rückmeldung oder Aufschaltung der Raumtemperaturen fehlt, so daß man bezüglich der Raumtemperatur nur von einer Steuerung sprechen kann.
Die Raumtemperaturen in den einzelnen Räumen werden entweder durch ein auf das oder die Heizkörperventile wirkendes Regelgerät mit Sollwertsteller, Temperaturfühler und Regler oder durch die weitverbreiteten thermostatischen Heizkörperventile, die meistens einen Dehnstoffregler enthalten, eingestellt.

Die thermostatischen Heizkörperventile sind proportional wirkende Regler und können die Raumtemperatur wegen der bleibenden Regelabweichung in der Größenordnung von 2 bis 6 K nur ungenau auf den gewünschten Temperaturwert einregeln.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung zu schaffen, bei der die

Sp 4 Sei / 21.01.1982

- € - VPA 82 P 4402 DE

schwierige und langwierige Anpassung des außentemperaturgeführten Vorlauftemperaturreglers entfällt und die Raumtemperaturregelung mit thermostatischen Heizkörperventilen hinsichtlich ihrer Regelgenauigkeit verbessert wird. 5

Eine Lösung der Aufgabe bei einer Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgrößen des Reglers der Durchfluß des Wärmeträgers im Verbraucherkreis als Istwert und ein einstellbarer Durchflußsollwert sind.

Die Stellgröße dieser Regelung ist die Vorlauftemperatur, die Regelgröße jedoch der Durchfluß im Verbraucherkreislauf. Das Stellsignal des Durchflußreglers wirkt entweder auf das Stellglied für die Energiezufuhr der Wärmequelle, die beispielsweise ein öl- oder gasbefeuerter Heizkessel oder die Übergabestation bzw. der Wärmetauscher einer Fernwärmeversorgung sein kann, oder auf ein Mischventil, das in bekannter Weise den Anteil des höhererhitzten Wärmeträgers in dem vom Kesselkreislauf getrennten Verbraucherkreislauf zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Vorlauftemperatur einstellt.

Das Wirkungsprinzip ist folgendes: Sinkt die Raumtemperatur in einzelnen Räumen, beispielsweise infolge abnehmender Außentemperatur, so werden über die Rauratemperaturregler die Heizkörperventile geöffnet, und der Durchfluß im Verbraucherkreislauf erhöht sich infolge der verringerten Drosselwirkung der Heizkörperventile. Der Regler wirkt der Durchflußerhöhung entgegen, indem er die Energiezufuhr in den Verbraucherkreislauf erhöht, entweder durch Erhöhen der Temperatur der Wärmequelle oder durch Verstellen des Mischventils in Richtung auf Erhöhung des Anteils an höhertemperiertem Warmwasser aus der Wärmequelle, bis die Raumtemperaturregler die Heizkörperventile in Schließrichtung verstellen und die Regeldifferenz des Durchflusses im Verbraucherkreislauf wieder gegen Null geht. Die Regelung arbeitet empfindlich und schnell, so daß die therrnostatischen Heizkörperventile in einem besonders günstigen Ar-

-Tf- VPA 82 P 4402 DE

beitspunkt ihrer Kennlinie betrieben werden können und somit die Raumtemperaturregelung verbessert wird. Ein weiterer und wesentlicher Vorteil ist noch darin zu sehen, daß die Notwendigkeit einer Führung über die Außentemperatur und die Auswahl einer anlagerspezifischen Heizkurve entfällt, die Regelung also geräte- wie auch betriebsmäßig erheblich vereinfacht wird.

Wird als Umwälzpumpe eine Pumpe vom Verdrängertyp mit konstanter Fördermenge verwendet, so können in einer anderen Ausführungsform der Regeleinrichtung bei gleichem Wirkungsprinzip die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufzweig als Istwert und ein Druckdifferenzsollwert dem Regler als Eingangsgrößen aufgeschaltet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des Anmeldungsgegenstandes ergeben sich in Verbindung mit den Ansprüchen aus den nachstehend beschriebenen und in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen.

Figur 1 zeigt eine Heizungsanlage mit einem Mischventil zwischen Kessel- und Verbraucherkreislauf, Figur 2 eine andere Ausführungsform mit Reglereingriff in die Energiezufuhr des Heizkessels und Figur 3 eine weitere Ausführungsform mit einer Umwälzpumpe vom Verdrängertyp.

Figur 1: Die Wärmequelle 1 der hier schematisch dargestellten Warmwasser-Zentralheizung ist ein öl- oder gasbeheizter Heizkessel mit einer bekannten und deshalb hier nicht näher dargestellten Kesse!temperaturregelung, die den Wärmeträger, hier das Kesselwasser, auf einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 70 ⁰C, hält. Der Wärmeträger aus dem Kessel wird in eine aus Vorlaufleitung und RücklaufIeitung bestehende Leitungsschleife eingespeist, an welcher die Verbraucher, nämlich die Heizkörper 2, in verschiedenen Räumen des Gebäudes, hier versinnbildlicht durch zwei

- jf - VPA 82 P 4402 DE

Räume 3 und 3', angeschlossen sind. Die Raumtemperatur in den Räumen 3 und 3' wird mit Hilfe von Raumtemperaturreglern 4 und 4' geregelt, welche auf die den Wärmeträgerdurchfluß drosselnden Heizkörperventile 5 wirken. Im Raum 3, beispielsweise einem größeren Büroraum, bestehe der Raumtemperaturregler 4 aus einem Regelgerät mit Temperatursollwerteinsteller, Temperaturfühler und Regler, der über das Heizkörperventil 5 als Stellglied den dem Heizkörper 2 zugeführten Wärmeträgerstrom einstellt. 10

In Wohnräumen, wie dem Raum 3', werden überwiegend Raumtemperaturregler 4' vom Typ der· thermostatischen Heizkörperventile eingesetzt, bei denen das Heizkörperventil 5 und ein Dehnstoffregler zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Der Dehnstoff dient bei diesen einfach aufgebauten Reglern zugleich als Meß- und Arbeitsmittel für den Stellantrieb des Ventildrosselkörpers. Der Wärmeträgerkreislauf ist als Zweikreis-System ausgebildet, nämlich einem Wärmequellenkreislauf I, einem Verbraucherkreislauf II und einem Mischventil 6, mit welchem der Anteil des aus der Wärmequelle 1 kommenden Wärmeträgers höherer Temperatur an dem in den Verbraucherkreislauf II eingespeisten Wärmeträger und damit die Vorlauftemperatur eingestellt werden kann.
25

Das Mischventil 6 wird durch einen Stellantrieb 7 in Abhängigkeit von einem Stellsignal aus dem Regler 8 verstellt.

Diesem, vorzugsweise einem PI-Regler, wird als Regelgröße χ der Istwert des Durchflusses im Verbraucherkreislauf II, als Führungsgröße w ein Durchflußsollwert Q aus dem Sollwertgeber 9 zugeführt. Der Durchflußsollwert Q wird kleiner als der maximale Durchfluß im Verbraucherkreislauf II bei voll geöffneten Heizkörperventilen 5 eingestellt. Der Istwert des Durchflusses wird mit einer Durchflußmeßeinrichtung 10 gemessen, die hier beispielsweise aus einer

- «Τ - VPA 82 P 4402 DE

nach der Umwälzpumpe 11 im Vorlaufstrang angeordneten Meßblende 12 und einem Meßumformer 13 besteht.

Sinkt die Außentemperatur und damit die Raumtemperaturen in den Räumen 3 und 3' oder wird in einem der Räume der Raumtemperatursollwert in Richtung einer höheren Raumtemperatur verstellt, d. h., steigt der Wärmebedarf in den betreffenden Räumen, so werden über die Raumtemperaturregler 4 oder 4' die Heizkörperventile 5 in Richtung "Auf" verstellt, der Strömungswiderstand im Verbraucherkreis II wird kleiner, und der Istdurchfluß des Wärmeträgers mit der Vorlauftemperatur von beispielsweise 50 °C wird erhöht.
Der Regler 8 wirkt der Durchflußerhöhung entgegen, indem er das Mischventil 6 in Richtung eines höheren Wärmeträgeranteils aus dem Wärmequellenkreislauf I mit dem Wärmeträger höherer Temperatur verstellt, die Vorlauftemperatur wird so beispielsweise auf 55 C erhöht. Infolge des höheren Wärmeinhalts der Masseeinheit des Wärmeträgers erhöht sich die Wärmeabgabe aus den Heizkörpern 2. Als Folge werden die Heizkörperventile 5 in Richtung "Zu" verstellt, bis der Solldurchfluß bei nunmehr höherer Vorlauftemperatur wieder erreicht ist.

In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist die Wärmequelle 1 ein gasbefeuerter Heizkessel, bei dem als Stellglied für die Energiezufuhr ein Stellventil 16 mit seinem Stellantrieb 7 in der gasführenden Leitung zu den Brennern angeordnet ist. Der Stellantrieb 7 erhält sein Stellsignal von dem Regler 8 mit dem Durchflußsollwert Q aus dem Sollwertgeber 9 als Führungsgröße w und dem Durchflußistwert im Verbraucherkreis II als Regelgröße x. Wird als Umwälzpumpe 11 eine solche mit fallender Kennlinie (Förderhöhe über dem Durchfluß) benutzt, so kann anstelle einer besonderen Durchflußmeßstrecke mit Meßblende o. ä. - wie in Figur 1 - eine Messung der Drücke vor und nach der Pumpe treten. Die Durchflußmeßeinrichtung 10 besteht dann aus

ft

- 4 - VPA 82 P 4402 DE

einem Differenzdruckbildner 15 und einem darauffolgenden Differenzdruckmeßumformer 13.

Die Anlageteile rechts der Trennlinie a - a' entsprechen denen der Figur 1.
5

Sinkt, wie bereits zu Figur 1 beschrieben, die Raumtemperatur in den Räumen 3 und 3', öffnen dort die Heizkörperventile, der Strömungswiderstand sinkt, und der Differenzdruck zwischen Pumpenein- und -ausgang wird kleiner, was einem vergrößerten Durchfluß entspricht. Der Regler 8 verstellt das Stellventil 16 in Richtung höherer Energiezufuhr. Die Kesseltemperatur und damit die Vorlauftemperatur in dem vom Kessel direkt gespeisten . Verbraucherkreislauf II steigt an, bis der eingestellte Durchflußsoliwert CL, bzw. der ihn abbildende Differenzdrucksoll-

wert bei nunmehr erhöhter Vorlauftemperatur erreicht ist.

*ⁿ Figur 3 sei die Wärmequelle 1 der Wärmetauscher einer Fernwärme-Übergabestation mit einem die Energiezufuhr beeinflussenden Stellventil 16 mit seinem Stellantrieb 7, welcher vom Regler 8 gesteuert wird. Als Umwälzpumpe 11' ist hier eine Pumpe vom Verdrängertyp eingesetzt, beispielsweise eine Drehkolben-, Drehschieber-, Zahnradoder Kapselpumpe.

Bei diesen Pumpen mit konstantem Förderstrom bei konstanter Drehzahl ist die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufzweig des aus der Wärmequelle 1 direkt gespeisten Verbraucherkreises II ein Maß für den dort herrschenden Strömungswiderstand.

Sinkt der Strömungswiderstand im Verbraucherkreis II infolge sich öffnender Heizkörperventile, verringert sich der Differenzdruck zwischen Vorlauf und Rücklauf. Mit dem Sollwertgeber 9' kann der Sollwert des Differenzdruckes als Führungsgröße w eingestellt werden. Der Regler 8 verstellt das Stellglied in der Energiezufuhr so lange, bis infolge der höheren Vorlauftemperatur des Wärmeträgers die Regeldifferenz wieder gegen Null geht.

32021

- ¹Z - VPA 82 P 4402 DE

Der Vorteil dieser Anordnung mit einer Pumpe vom Verdrängertyp ist darin zu sehen, daß änderungen des Strömungswiderstandes in der Wärmequelle, wie sie vor allem bei einem großen Temperaturarbeitsbereich des Wärmeträgers auftreten können, ohne Einfluß auf die Regelung bleiben.

Im übrigen sind die in den Beispielen dargestellten Möglichkeiten der Gewinnung der Regelgrößen für die Durchfluß- oder Differenzdruckregelung und der Stelleingriffe nicht an die beschriebenen Wärmequellen gebunden, sondern sind je nach Anlage oder Bedarf miteinander kombinierbar.

3 Patentansprüche
3 Figuren

Leerseite

Claims

- X - ■ VPA 82 P 4402 DE

Patentansprüche

J Regeleinrichtung für eine Warmwasser-Zentralheizung mit

a) einer Wärmequelle, insbesondere einem Heizkessel, mit regelbarer Energiezufuhr und/oder

b) einem Mischventil zwischen einem die Wärmequelle enthaltenden und einem die Verbraucher enthaltenden Wärmeträgerkreislauf ,
c) einer Umwälzpumpe im Verbraucherkreislauf,

d) einem Regler, dessen Stellsignal auf den Stellantrieb des Mischventils oder auf das Stellglied der Energiezufuhr wirkt,

e) Raumtemperaturreglern, die auf die Heizkörperventile der Verbraucher wirken,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Eingangsgrößen des Reglers (8) der Durchfluß des Wärmeträgers im Verbraucherkreis (II) als Istwert und ein einstellbarer Durchflußsollwert (Q ) sind.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Umwälzpumpe (11) eine Pumpe mit fallender Kennlinie ist und der Durchflußistwert aus einer Druckdifferenzmessung über die Umwälzpumpe (11) gewonnen ist.
3. Regeleinrichtung für eine Warmwasser^-Zentralheizung mit 30

a) einer Wärmequelle, insbesondere einem Heizkessel, mit regelbarer Energiezufuhr und/oder

b) einem Mischventil zwischen einem die Wärmequelle enthaltenden und einem die Verbraucher enthaltenden Wärmeträgerkreislauf,

c) einer Umwälzpumpe im Verbraucherkreislauf,

-«Γ- VPA 82 P 4402 DE

d) einem Regler, dessen Stellsignal auf den Stellantrieb des Mischventils oder auf das Stellglied der Energiezufuhr wirkt,

e) Rautntemper aturre gier η, die auf die Heizkörperventile der Verbraucher wirken,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) die Umwälzpumpe (H') eine Pumpe vom Verdrängertyp ist und

g) die Eingangsgrößen (x, w) des Reglers (8) die Druckdifferenz zwischen Vorlauf- und Rücklaufzweig des Verbraucherkreises (II) nach der Umwälzpumpe (H') als Istwert und ein einstellbarer Druckdifferenzsollwert sind.