DE4201020C2

DE4201020C2 - Verfahren zur Steuerung eines Durchlaufwasserheizers

Info

Publication number: DE4201020C2
Application number: DE4201020A
Authority: DE
Inventors: Juergen Taag
Original assignee: Joh Vaillant GmbH and Co
Current assignee: VAILLANT GMBH, 42859 REMSCHEID, DE
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: CH685358A5; ATA7491A; DE4201020A1; AT396851B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Durchlaufwasserheizers, insbesondere eines elektrischen Durchlaufwasserheizers, bei dem die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der ermittelten Durchflußmenge pro Zeiteinheit gesteuert und die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der erfaßten Auslauftemperatur des erwärmten Wassers korrigiert wird.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren (vgl. DE 37 12 648 C2) wird die Temperatur des einlaufenden Wassers gemessen und aus dem Durchfluß und der Einlauftemperatur die zur Erreichung der vorgegebenen Soll- Auslauftemperatur erforderliche Leistung errechnet und diese dem Durchlauferhitzer zugeführt. Dabei kann der Durchfluß mit einem hydraulisch elektrischen Wandler erfaßt werden. Bei der Berechnung der erforderlichen Leistung wird vorausgesetzt, daß die Netzspannung einen bestimmten Wert aufweist. Wird der vorgesehene Soll-Wert der Auslauftemperatur nicht erreicht, so wird die zugeführte Leistung entsprechend erhöht oder vermindert.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß eine entsprechend große Zahl von Sensoren erforderlich ist, die einen hohen Aufwand erfordern und deren Einbau mit einem entsprechenden Platzbedarf verbunden ist. Außerdem ist mit dem Einbau der Sensoren auch die Notwendigkeit einer entsprechenden Verdrahtung verbunden, deren Verlegung mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das sich einfach durchführen läßt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Temperatur des einlaufenden Wassers angenommen und mit dieser die zur Erwärmung des Wassers auf eine bestimmte Auslauf-Soll-Temperatur bei dem ermittelten Durchfluß benötigte Energie berechnet und zugeführt wird, wobei bei einer Differenz zwischen der tatsächlichen Auslauftemperatur und der Soll-Auslauftemperatur nach dem Erreichen eines stabilen Zustandes die Berechnung der erforderlichen Energie mit einer um die erfaßte Differenz zwischen der erfaßten Auslauftemperatur und der Soll-Auslauftemperatur korrigierten Einlauftemperatur wiederholt und die errechnete Energie zugeführt wird.

Auf diese Weise ist es möglich die Auslauftemperatur mit nur geringem Aufwand zu regeln, wobei durch das Verfahren auf die Erfassung der Temperatur des einlaufenden Wassers verzichtet werden kann, so daß auf einen entsprechenden Sensor verzichtet werden und das Verfahren mit sehr einfachen Einrichtungen durchgeführt werden kann. Außerdem ergibt sich durch dieses Verfahren der Vorteil, daß es kaum zu einem Pendeln der Auslauftemperatur um den Soll-Wert derselben kommt. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren kommt es bereits nach einer ersten oder einer zweiten Korrektur zu einer hinreichend weiten Annäherung an den vorgegebenen Soll-Wert der Auslauftemperatur.

Das vorgeschlagene Verfahren ist besonders für elektrisch betriebene Durchlaufwasserheizer geeignet, doch kann es auch für gasbeheizte Durchlaufwasserheizer angewandt werden. Dabei kann auch der sich mit der Belastung des Gerätes ändernde Wirkungsgrad berücksichtigt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zur Berücksichtigung allfälliger Änderungen der Netzspannung unter Annahme einer gleichbleibenden Einlauftemperatur aus der Differenz der Auslauftemperaturen bei unterschiedlichen Durchflußmengen und der Differenz der diesen Auslauftemperaturen entsprechenden und auf die zugehörigen Volumenströme bezogenen Leistungswerte ein Korrekturwert errechnet wird, mit dem die in die Berechnung der Leistung einzusetzende korrigierte Einlauftemperatur korrigiert wird.

Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Einfluß einer sich ändernden Netzspannung zu berücksichtigen und dadurch ein rascheres Erreichen der gewünschten Auslauftemperatur zu ermöglichen.

Die Berechnung des Korrekturwertes kann dabei nach der folgenden Beziehung erfolgen:

Dabei bedeutet k den Korrekturwert, ϑ_A1 und ϑ_A2 die Auslauf temperaturen bei zwei verschiedenen Volumenströmen pro Zeiteinheit, die mit V₁ beziehungsweise V₂ bezeichnet sind, p_r1, P_r2 die bei verschiedenen Volumenströmen pro Zeiteinheit eingebrachten Leistungen und C die spezifische Wärme des zu erwärmenden Mediums.

Der Korrekturwert ergibt sich dabei aus der folgenden Beziehung:

wobei U_i die Ist-Spannung, U_N die Nennspannung, R_i den Ist- Widerstand und R_N den Nennwiderstand bedeuten.

Die Berechnung der zur Erzielung der Auslauf-Soll-Temperatur erforderliche Leistung erfolgt dabei nach der folgenden Beziehung:

P_r = c · V · (ϑ_AS - ϑ_E0) (III)

wobei P_r die Leistung, c die spezifische Wärme des zu erwärmenden Mediums, ϑ_AS die Auslauf-Soll-Temperatur und ϑ_E0 die angenommene Einlauftemperatur des zu erwärmenden Mediums bedeuten.

Weicht die sich nach dem Erreichen des Beharrungszustandes nach zum Beispiel 10 bis 15 s erreichte Auslauftemperatur von der vorgesehenen Auslauf-Soll-Temperatur ab, so wird zuerst die in die obige Beziehung eingesetzte Einlauftemperatur um die ermittelte Abweichung zwischen der Auslauf-Soll-Temperatur und der Auslauf- Ist-Temperatur korrigiert und die erforderliche Leistung abermals nach der folgenden Beziehung errechnet.

P_r1 = c · V · (ϑ_AS - ϑ_A - ϑ_E0) (IV)

wobei P_r1 die korrigierte Leistung und Δϑ_A die Differenz zwischen der Auslauf-Soll-Temperatur und der Auslauf-Ist-Temperatur bedeuten.

Bei weiteren Korrekturen kann statt Δϑ_A der nach der folgenden Beziehung korrigierte Wert P_r eingesetzt werden, um allfällige Änderungen der Netzspannung zu berücksichtigen:

P_r = c · V · k · (ϑ_AS - Δϑ_A - ϑ_E0) (V)

wobei k den Korrekturwert nach der obigen Beziehung II bedeutet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Durchlaufwasserheizer und

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Durchlaufwasserheizer ist über einen Durchflußmesser 1 mit einem Wassereinlauf verbunden, wobei im Auslauf 3 des Heizblockes 2 ein Temperaturfühler 4 angeordnet ist. Der Heiz block 2 ist über eine Leistungssteuerung 5 mit dem Netz ver bindbar, wobei die Leistungssteuerung 5 über eine Steuerung 7, die mit den Signalausgängen des Durchflußmessers 1 und des Temperaturfühlers 4, sowie einem Soll-Wert-Geber zur Einstellung der Auslauftemperatur verbunden ist.

Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, wird eine bestimmte Einlauftemperatur ϑ_E0 angenommen und unter Berücksichtigung des Durchflusses pro Zeiteinheit die zur Erreichung der Auslauf-Soll- Temperatur erforderliche Leistung berechnet, wobei sich ein linearer Zusammenhang ergibt.

Weicht die angenommene Einlauftemperatur zum Beispiel wegen einer erhöhten Netzspannung von der tatsächlichen ab, so ergibt sich eine vom Soll-Wert abweichende Auslauftemperatur, wie dies aus der Kurve 2 in der Fig. 2 zu ersehen ist. Nach Neuberechnung der erforderlichen Leistung P_r mit einer um die ermittelte Differenz zwischen der Auslauf-Soll-Temperatur und der Auslauf-Ist- Temperatur korrigierten Einlauftemperatur wird die zugeführte Leistung korrigiert, Kurve 3. Dabei wird eine weitgehende Annäherung an den Soll-Wert erreicht, vorausgesetzt, daß die Spannung den vorgesehenen Wert beibehält.

Weicht die Spannung vom Nennwert ab, so ergibt sich eine abweichende Neigung der den Zusammenhang zwischen der Auslauftemperatur ϑ_A und der zugeführten Leistung P_r bei einem bestimmten Volumenstrom pro Zeiteinheit des zu erwärmenden Mediums darstellenden Kurve, wie dies aus einem Vergleich der Kurven 1 und 2 in der Fig. 2 zu ersehen ist.

Auch diese Abweichung kann durch Korrektur des in die Leistungsberechnung nach der Beziehung V eingesetzten Faktors k weitgehend ausgeglichen werden.

Eine Berücksichtigung der veränderten Neigung der Kurve ist dabei in der Weise möglich, daß bei der Neuberechnung der zur Erreichung der Soll-Auslauftemperatur erforderlichen Leistung P_r1 nach der Beziehung V zusätzlich zur Differenz zwischen der Auslauf-Soll- Temperatur und der erfaßten Auslauf-Ist-Temperatur, der korrigierte Faktor k eingesetzt wird, wobei der Korrekturwert k nach der Beziehung I ermittelt wird.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Durchlaufwasserheizers, insbesondere eines elektrischen Durchlaufwasserheizers, bei dem die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von dem ermittelten Durchsatz gesteuert und die zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der erfaßten Auslauftemperatur des erwärmten Wassers korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatur des einlaufenden Wassers angenommen und mit dieser die zur Erwärmung des Wassers auf eine bestimmte Auslauf-Soll-Temperatur bei dem ermittelten Durchsatz benötigte Energie berechnet und zugeführt wird, wobei bei einer Differenz zwischen der tatsächlichen Auslauftemperatur und der Soll-Auslauftemperatur nach dem Erreichen eines stabilen Zustandes die Berechnung der erforderlichen Energie mit einer um die erfaßte Differenz zwischen der erfaßten Auslauftemperatur und der Soll-Auslauftemperatur korrigierten Einlauftemperatur wiederholt und die errechnete Energie zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei elektrisch betriebenen Durchlaufwasserheizern zur Berücksichtigung allfälliger Änderungen der Netzspannung unter Annahme einer gleichbleibenden Einlauftemperatur aus der Differenz der Auslauftemperaturen bei unterschiedlichen Durchsätzen und der Differenz der diesen Auslauftemperaturen entsprechenden und auf die zugehörigen Durchsätze bezogenen Leistungswerte ein Korrekturwert errechnet wird, mit dem die Berechnung der Leistung korrigiert wird.