AT397854B - Verfahren zur steuerung eines kessels - Google Patents

Description

AT 397 854 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines von einem Brenner beheizten Kessels, der einen Heizkreis versorgt, in dem ein Heizmedium umläuft, wobei der Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizmediums gesteuert ist und auf eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren wird die Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums im Heizkreis im wesentlichen konstant gehalten, unabhängig davon, ob der Brenner in Betrieb ist oder nicht. Dadurch ergibt sich jedoch ein entsprechend hoher Verbrauch an elektrischer Energie für den Betrieb der Pumpe. Dabei hängt der Energiebedarf im wesentlichen von der Drehzahl der Pumpe bzw. deren Förderleistung ab. Bei einer niedriger gewählten Drehzahl der Pumpe ist zwar der Energieverbrauch geringer, doch kommt es dabei zu einem häufigen Takten des Brenners. Dies führt zu entsprechend häufigen Kaltstarts und damit verbunden zu einem erhöhten Schadstoffausstoß durch die Anfahremissionen.

Aus der DE-OS 38 38 477 und der EP-PS 0 308 848 sind auch Verfahren bekanntgeworden, bei denen die Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums während des Brennerbetriebes variiert wird. Dabei wird die Drehzahl der Umwälzpumpe bei Annäherung an den Soll-Wert erhöht.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, mit dem eine Energieeinsparung und eine geringe Einschalthäufigkeit des Brenners erreichbar ist.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht.

Auf diese Weise ist während des Betriebes des Brenners ein hoher Durchsatz des Heizungsmediums sichergestellt, wodurch sich ein entsprechend geringer Temperaturunterschied zwischen dem in den Kessel einströmenden Heizungsmedium und dem den Kessel verlassenden Heizmedium ergibt. Dadurch wird ein Überschreiten der vorgesehenen Temperatur des Heizmediums so lange vermieden, bis das gesamte Volumen des Heizmediums annähernd, auf eine gleiche Temperatur gebracht ist, die nur knapp unter der vorgegebenen Vorlauftemperatur liegt.

Durch die Absenkung der Drehzahl der Pumpe während der Brenner-Stillstandszeiten ergibt sich der Vorteil einer Einsparung an elektrischer Energie. Durch die gleichmäßige Beheizung des Heizmediums sinkt die Zahl der Einschaltungen des Brenners während einer vorgegebenen Zeit weiter ab, wodurch sich, über die gesamte Betriebszeit des Kessels betrachtet, eine entsprechend geringe Schalthäufigkeit ergibt.

Vorzugsweise wird die Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums im Heizkreis bei in Betrieb befindlichem Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur des in den Kessel einströmenden Mediums, der Brennerbelastung, der vorgesehenen maximalen Vorlauftemperatur nach einer vorgegebenen Heizkurve und dem Kesselwirkungsgrad geregelt, wobei beim Start des Brenners eine minimale Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums eingehalten wird.

Diese Betriebsweise eignet sich auch für Kessel mit modulierendem Brenner, d.h. Brennern, die in ihrer Leistung stetig veränderbar sind. Bei einem solchen Brenner ergibt sich der Vorteil, daß die Leistung des Brenners an den momentanen Wärmebedarf des Heizkreises angepaßt werden kann. Dadurch vermindert sich die Zahl der Brennerzyklen während eines vorgegebenen Beobachtungszeitraumes, wobei es im Grenzfall, daß die Leistung des Brenners genau dem Wärmebedarf des Heizkreises entspricht, überhaupt zu keiner Abschaltung des Brenners kommt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die erforderliche Pumpendrehzahl aus der Brennerbelastung, der Vor- und der Rücklauftemperatur und dem aus dem Druckverlust über der Pumpe ermittelten Durchsatzes des Heizmediums ermittelt wird.

Auf diese Weise ist es möglich, den momentanen Betriebszustand des an den Kessel angeschlossenen Heizkreises bei der Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums im Heizkreis zu berücksichtigen. Dadurch kann ein besonders hohes Maß an Energieeinsparung erreicht werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzuschlagen.

Bei einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem von einem Brenner beheizten Kessel gemäss dem Oberbegrift des Anspruches 3, werden erfindungsgemäss dessen Merkmale vorgeschlagen.

Dabei kann mit einer sehr einfachen Steuerung das Auslangen gefunden werden. So genügt es dabei, den Schaltzustand des den Brenner mit Brennstoff, z.B. Gas, versorgenden Ventiles zu erfassen, der ohnehin durch die Steuerung festgelegt wird. Aufgrund des Schaltzustandes des Ventiles und damit des Brenners wird dann der Motor der Pumpe auf die höhere oder niedrigere Drehzahl geschaltet.

Der Motor kann auch in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Ventiles, der Rücklauftemperatur, der Druckdifferenz über der Pumpe bzw. der Vorlauftemperatur gesteuert werden. Auf diese Weise wird die Drehzahl der Pumpe nicht nur in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Ventiles, sondern auch vom momentanen Betriebszustand des Heizkreises festgelegt. Dadurch wird einerseits eine rasche Aufheizung des Heizmediums ermöglicht und andererseits eine hohe Schalthäufigkeit des Brenners vermieden. 2

AT 397 854 B

Bei Anordnung lediglich eines die Temperatur des zum Kessel zuströmenden Heizmediums bzw. die Rücklauftemperatur messenden Fühlers kann bei Kenntnis der Betriebskennlinien des Brenners und des Kessels sowie des Wärmebedarfs des Heizkreises über den Druckunterschied über der Pumpe auf die Vorlauftemperatur geschlossen werden. Ist auch ein die Vorlauftemperatur erfassender Fühler vorgesehen, so kann aus einem Vergleich der Vorlauf- mit der Rücklauftemperatur auf die erforderliche Pumpendrehzahl geschlossen werden.

In jedem Fall ist aber eine sehr genaue Anpassung der Drehzahl der Pumpe und damit der Fördergeschwindigkeit möglich. Dabei wird die Drehzahl der Pumpe, entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Abschalten des Brenners auf ein Minimum reduziert, wobei diese niedrige Drehzahl bis nach einem abermaligen Start des Brenners beibehalten wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen die Fig. 1 bis 3 schematisch verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 ist für die Beheizung des Kessels 1 ein atmosphärischer Brenner 2 vorgesehen. Dieser wird über ein Magnetventil 3 aus einer Gasleitung 4 versorgt. Das Magnetventil 3 ist über eine Leitung 5 mit einer Steuerung 6 verbunden.

Oberhalb des Kessels 1 ist eine Strömungssicherung 7 angeordnet, die bei einer Umkehr der üblichen von unten nach oben führenden Strömung der Abgase ein im Sinne eines Schiießens des Magnetventiles 3 wirkendes Signal abgibt, und eine zu einem Abgasrohr 8 führende Abgashaube 9 angeordnet.

An dem Kessel 1 ist eine Vorlaufleitung 10 und eine Rücklaufleitung 11 eines Heizkreises angeschlossen, durch den ein Heizmedium strömt.

Soweit stimmen die Ausführungsformen nach der Fig. 1 und der Fig. 2 überein.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 1 ist in der Vorlaufieitung 10 eine Pumpe 12 angeordnet, die für den Durchlauf des Heizmediums durch den Heizkreis, der mindestens einen Heizkörper 14 als Verbraucher aufweist, sorgt und die von einem in seiner Drehzahl einfach umschaltbaren Elektromotor 13 angetrieben ist. Die Steuerung 6 enthält einen Drehzahlschalter 40 für den Pumpenmotor.

Der Motor 13 ist über Leitungen 16 mit der Steuerung 6 verbunden.

Weiter ist in der Vorlaufleitung 10 ein Temperaturfühler 17 angeordnet, der über eine Leitung 18 mit der Steuerung 6 verbunden ist. Weiter ist die Steuerung 6 noch über eine Leitung 15 mit einem Außentemperaturfühler 19 verbunden. Die Steuerung 6 legt aufgrund einer eingegebenen Heizkurve eine bestimmte Soll-Temperatur für das Heizmedium in Abhängigkeit von der Außentemperatur und anderen Parametern, wie Uhrzeit und Tag, fest.

Unterschreitet nun die Temperatur des Heizmediums den von der Steuerung 6 vorgegebenen Soll-Wert um ein bestimmtes Maß, zum Beispiel 7°K, so öffnet das Magnetventil 3, und der Brenner 2 startet. Gleichzeitig wird der Motor 13 mit einem Signal beaufschlagt, der diesen auf eine höhere Drehzahl umschaltet, so daß die Pumpe 12 bei in Betrieb befindlichem Brenner 2 mit höherer Drehzahl betrieben wird. Nach Erreichen der von der Steuerung 6 vorgegebenen Temperatur des Heizmediums schließt das Magnetventil 3, wobei gleichzeitig der Motor 13 wieder auf eine niedrigere Drehzahl umgeschaltet wird.

Dadurch wird der Heizkreis während der Stillstandspausen des Brenners 2 mit einer geringeren Geschwindigkeit durchströmt, als bei in Betrieb befindlichem Brenner 2. Dadurch wird erreicht, daß der Unterschied zwischen der Temperatur des zum Kessel 1 zuströmenden Heizmediums und dem vom Kessel 1 abströmenden Medium bei in Betrieb befindlichem Brenner 2 gering gehalten werden kann, wodurch das gesamte Volumen des Heizmediums nahezu auf die vorgegebene Vorlauf-Soll-Temperatur gebracht werden kann, bis die Steuerung 6 das Magnetventil 3 schließt. Anderseits wird durch die bei Brennerstilistand verlangsamte Durchströmung die Wärmeabgabe des Heizkreises nur unwesentlich vermindert. Durch die gleichmäßige Aufheizung des Heizmediums kommt es zu entsprechend langen zeitlichen Abständen bis zum erneuten Starten des Brenners 2.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 ist die Pumpe 12 in der Rücklaufieitung 11 angeordnet und von einem stufenlos in seiner Drehzahl regelbaren Motor 131 angetrieben. Die Pumpenanordnung im Vorlauf 10 ist auch möglich. Dieser Motor 131 ist, wie nach der Fig. 1 mit dem Magnetventil 3 und der Steuerung 6 über die Leitungen 15,16 verbunden. Weiter ist die Steuerung 6 mit einem Vorlauftemperaturfühler 20 über eine Leitung 18 verbunden.

Bei der Ausführungsform nach der Fig. 2 weist der Heizkreis eine Bypassleitung 21 auf, die von einem Beimischventil 22 gesteuert ist und das eine Beimischung von Vorlauf-Heizmedium zum in der Rücklaufleitung 11 strömendem Heizmedium ermöglicht.

Bei dieser Ausführungsform wird durch die Steuerung 6 beim Start des Brenners die Pumpe 12 mit kleiner Drehzahl betrieben und mit steigender Voriauftemperatur, die durch den Temperaturfühler 20 erfaßt wird, die Drehzahl der Pumpe mit steigender Vorlauftemperatur stetig erhöht. Ist die vorgesehene Vorlauftemperatur durch den stetig leistungsvariablen Strom erreicht, so schaltet des Magnetventil 3 ab. Gleichzei- 3

Claims (3)

1. AT 397 854 B tig wird dadurch auch der Motor 131 mit einem Signal beaufschlagt, das diesen auf eine kleine Drehzahl bringt. Die Drehzahisteuerung 41 ist Teil der Steuerung 6. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 3 ist statt eines atmosphärischen Brenners 2 ein Gebläsebrenner 122 vorgesehen, der über eine Leitung 23 von der Steuerung 6 in seiner Leistung modulierbar ist. Die Pumpe 12 ist in der Vorlaufleitung 10 angeordnet und von einem stufenlos regelbaren Motor 131 angetrieben, der über die Leitung 16 mit entsprechenden Steuersignalen von der Steuerung 6 versorgt wird. Die Steuerung 6 ist über die Leitung 24 mit einem die Druckdifferenz über der Pumpe 12 erfassenden Druckfühler 25 verbunden. Weiter ist die Steuerung 6 mit einem Umschaltventil 26 über eine Leitung 31 verbunden, das eine Umschaltung des Heizmediumstromes zum Wärmeverbraucher 14, der mit einem Thermostatventil 27 versehen ist, das den Durchströmquerschnitt mehr oder weniger weit freigibt, oder zu einem Boiler 28 ermöglicht. Der Primärkreis 29 des Boilers 28 ist parallel zum Heizkörper 14 geschaltet, wobei der Sekundärkreis dieses Boilers 28 durch dessen Behälter 30 gebildet ist, der vom zu erwärmenden Brauchwasser durchströmt ist, das über den Anschluß 32 zuströmt und über die Leitung 33 mit einer nicht dargestellten Zapfstelle verbunden ist. Weiter ist die Steuerung 6 über eine Leitung 34 mit einem die Temperatur des Brauchwassers erfassenden Fühler 35 und einem Fühler 20 für die Kesselvorlauftemperatur über die Leitung 18 verbunden. Bei dieser Ausführungsform wird bei Bedarf der Brenner 122 mit durch die Steuerung 6 vorgegebenen Leistung, entsprechend der aktuellen Heizkurve durch die Steuerung 6 vorgegebenen Leistung, entsprechend der aktuellen Heizkurve gestartet, wobei die Drehzahl der Pumpe 12 auf der Mindestdrehzahl gehalten wird. Mit steigender Temperatur des Heizmediums kommt es bei Heizbetrieb, bei dem der Heizkörper 14 durchströmt wird, aufgrund des Thermostatventiles 27 zu einem Anstieg der Druckdifferenz über der Pumpe 12, wobei die Drehzahl der Pumpe 12 erhöht wird. Bei Brauchwasserbetrieb, bei dem der Boiler 28 mit Heizmedium durchströmt ist, wird die Pumpendrehzahl in Abhängigkeit von der Temperatur des Brauchwassers gesteuert. Je nach der vorgegebenen Heizkurve wird in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des Heizmediums, der Soll-Temperatur und dem Druckunterschied über der Pumpe 12 auf den momentanen Durchsatz der Pumpe 12 geschlossen und die Regelung die Drehzahl der Pumpe 12 ein Soll-Durchsatz durch die Pumpe 12 eingestellt, der bei kontinuierlicher Wärmezufuhr durch den Brenner 122 eine frühzeitige Brennerabschaltung verhindert, wobei die Leistung des Brenners 122 ebenfalls variiert werden kann. Nach dem Erreichen der vorgesehenen Temperatur des Heizmediums wird der Brenner 122 abgeschaltet und die Drehzahl der Pumpe 12 auf die Mindestdrehzahl reduziert. Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung eines von einem Brenner beheizten Kessels, der einen Heizkreis versorgt, in dem ein Heizmedium umläuft, wobei der Brenner in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizmediums gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Heizmediums im Heizkreis, nach dem Abschalten des Brenners (2, 122) bzw. nach Erreichen der vorgegebenen Temperatur (Soll-Wert) des Heizmediums, verringert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Pumpendrehzahl aus der Brennerbelastung, der Vor- und der Rücklauftemperatur und dem aus dem Druckverlust über der Pumpe (12) ermittelten Durchsatz des Heizmediums ermittelt wird.
3. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem von einem Brenner beheizten Kessel, an dem ein Heizkreis angeschlossen ist, der einen die Temperatur des Heizmediums erfassenden Fühler aufweist und in dem eine Pumpe, die mit einem in seiner Drehzahl stetig variierbaren oder umschaltbaren Motor angetrieben wird, angeordnet ist, wobei der Brenner über ein von einer Steuerung beaufschlagtes Ventil mit Brennstoff versorgt wird dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (13,131) mit der Steuerung (6) verbunden und in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad bzw. vom Schaltzustand des Ventiles (3) in seiner Drehzahl stetig variiert oder umgeschaltet wird. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 4