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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer
Mehrkesselanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Mehrkesselanlagen mit sogenannten Kaskadenregelungen
sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise in größeren
Gebäuden eingesetzt, um einen jahreszeitlich bedingt
schwankenden Wärmeleistungsbedarf optimal ausgleichen zu können.
Dabei ist für den stabilen Betrieb der Kaskadenregelung das Zu-
und Abschalten der einzelnen Kessel von besonderer Bedeutung,
da sich durch die Schaltvorgänge die Strömungsverhältnisse und
damit die Belastungszustände in den Kesseln u. U. schlagartig
ändern.
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Ist bei den derzeit bekannten Mehrkesselanlagen beispielsweise
nur der sogenannte Führungskessel (Hauptkessel) in Betrieb und
reicht dessen Leistung zur Versorgung des Gebäudes aufgrund
zurückgehender Aussentemperaturen nicht mehr aus, wird
mindestens einer der zur Verfügung stehenden Folgekessel
zugeschaltet. Bei einer Kesselparallelschaltung beispielsweise
ohne hydraulische Weiche und ohne Kesselkreispumpe hat diese
Zuschaltung zur Folge, dass sich beim Führungskessel der
Volumenstrom des Heizkreismediums verringert (im Extremfall
halbiert sich sogar der Volumenstrom, da sich das Heizkreismedium
mengenmßig gleichmäßig auf beide Kessel verteilt). Dies führt,
da der Führungskessel bei gleichgebliebener Brennerleistung
nunmehr bei verringertem Volumenstrom arbeitet, zu einer
Temperaturüberhöhung bzw. zu einem Überschwingen der
Kesseltemperatur des Führungskessels, die die Kesselregelung mit einer
gerade nicht erwünschten Reduzierung der Kesselleistung
auszuregeln versucht.
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Gleiches gilt im umgekehrten Fall, also wenn ein oder mehrere
Folgekessel abgeschaltet werden, denn dann fließt der gesamte
Volumenstrom durch den verbliebenen Führungskessel, was zu
einem deutlichen Absacken der Kesseltempatur führt. Auf diesen
Effekt reagiert die Kaskadenregelung dann logischerweie mit
einer nicht erwünschten Erhöhung der Kesselleistung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der
eingangs genannten Art hinsichtlich des beschriebenen,
nachteiligen Überschwingens und der damit verbundenen Fehlreaktion
der Kaskadenregelung zu verbessern.
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Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten
Art durch die im Kennzeichen des unabhängigen Anspruchs 1
genannten Merkmale gelöst.
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Nach der Erfindung ist zur Ausblendung des beschriebenen
hydraulischen Effekts also vorgesehen, den Führungskessel und
die Folgekessel entweder in einem sogenannten "Normalbetrieb"
oder in einem sogenannten "Steuerungsbetrieb" zu betreiben,
d. h. nach dem Zu- oder Abschalten eines Kessels verweilt die
Kaskadenregelung noch für eine bestimmte Zeit (wird
nachfolgend noch erläutert) im sogenannten "Steuerungsbetrieb", in
dem ein weiteres Zu- oder Abschalten von weiteren Folgekesseln
nicht möglich ist. In dieser Zeit reagiert die
Kaskadenregelung auch nicht auf möglicherweise überhöhte oder
unterschrittene Kesseltemperaturen, d. h. dem Heizkesselsystem als solchem
wird durch das erfindungsgemäße Steuerungsbetriebsintervall
Zeit gegeben, sich auf die veränderte hydraulische Situation
einzustellen.
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Im Normalbetrieb hält also die Kaskade die von ihr geforderte
Temperatur genau ein. Es sind dabei gerade so viele Kessel in
Betrieb, wie nötig sind, um die Vorlauftemperatur zu halten.
Steigt nun beispielsweise die Belastung an, und zwar so, dass
die eingeschalteten Kessel die geforderte Leistung nicht mehr
zur Verfügung stellen können, dann fällt die gesamte
Temperatur der Mehrkesselanlage ab und die Kaskadenregelung wird
anhand eines bestimmten Zuschaltkriteriums einen oder mehrere
Kessel oder auch Kesselstufen zuschalten. Mit dem Zuschalten
eines Kessels geht die Anlage für eine bestimmte Zeit in den
sogenannten Steuerungsbetrieb über, in dem keine weiteren Zu-
oder Abschaltkriterien gebildet und somit auch keine weiteren
Kessel zugeschaltet werden.
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Nach Ablauf der Einschwingzeit kehrt die Kaskadenregelung in
den Normalbetrieb zurück. Das Überschwingen einzelner Kessel
wird von ihr praktisch nicht registriert und hat somit auch
kein unerwünschtes Zu- oder Abschalten von Kesseln zur Folge.
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Die Festlegung der Dauer des Zeitintervalls erfolgt dabei
vorzugsweise durch eine Zeitschaltuhr, die gestartet wird,
nachdem der Kesselregler am neu hinzugeschalteten Kessels ein
hydraulisches Absperrorgan, beispiels- und vorzugsweise eine
Drosselklappe, geöffnet hat, und die nach einer im voraus ohne
weiteres empirisch zu ermittelnden, gerätespezifischen
Einschwingzeit den Steuerungsbetrieb beendet.
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Sollte der Kesselregler dabei vor Ablauf der Einschwingzeit
das Absperrorgan des hinzugeschalteten Kessels unerwarteter
Weise schließen, was z. B. durch eine Kesselschutzfunktion
hervorgerufen sein könnte, wird die Zeitschaltuhr neu gestartet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie seine vorteilhaften
Weiterbildungen gemäß der abhängigen Ansprüche 2 bis 4 werden
nachfolgend anhand zweier Schaubilder ausführlich erläutert.
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Es zeigt
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Fig. 1 einen Zeitverlauf der Kesseltemperatur des
Führungskessels und einen Zeitverlauf des
Freigabesignals und der Drosselklappe eines Folgekessels
und
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Fig. 2 ein Zustandsdiagramm möglicher Schaltzustände der
Kaskadenregelung.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Zeitverläufe und
Schaltzustände betreffen ein Verfahren zum Betrieb einer
Mehrkesselanlage, bei dem ein Kessel als im Bedarfsfall zu erst in
Betrieb gehender Führungskessel und weitere Kessel als im
Mehrbedarfsfall in Betrieb gehende Folgekessel verwendet werden,
wobei eine Kaskadenregelung nach vorgegebenen Sollwerten den
Führungskessel und das Zu- und Abschalten der Folgekessel
regelt und wobei sowohl der Führungskessel als auch die
Folgekessel wahlweise einstufig, mehrstufig oder modulierend
ausgebildet sind.
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Wesentlich für dieses Verfahren ist, dass nach dem Zu- oder
Abschalten eines Folgekessels die Kaskadenregelung das weitere
Zu- oder Abschalten der übrigen Kessel für ein bestimmtes
Zeitintervall, das im wesentlichen der Einschwingzeit der noch
in Betrieb befindlichen Kessel entspricht, unterbindet.
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In Fig. 1 sind zur Verdeutlichung dieses Sachverhalts drei
Diagramme dargestellt. Das oberste zeigt einen möglichen
Verlauf der Kesseltemperatur des Führungskessels. Das mittlere
offenbart den Zeitpunkt, zu dem die Kaskadenregelung den
Folgekessel freigibt, d. h. entscheidet, dass der Folgekessel
zugeschaltet werden soll, und im untersten ist dargestellt, dass
das Öffnen der Drosselklappe (Absperrorgan) am Folgekessel den
Schaltzustand "Steuerungsbetrieb" auslöst.
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Ausgehend vom Schaltzustand "Normalbetrieb" ist im obersten
Diagramm erkennbar, wie sich die Kesseltemperatur des
Führungskessels langsam an eine definierte Solltemperatur KTsoll
annähert. Nachdem der Kessel eine gewisse Zeit mit dieser
Temperatur betrieben wurde, entscheidet die Kaskadenregelung zum
Zeitpunkt T0, dass ein Folgekessel zugeschaltet werden sollte,
um den gegebenen Heizleistungsbedarf besser decken zu können.
Bis zum tatsächlichen Öffnen der Drosselklappe am Folgekessel
vergeht dann noch die Zeit T1 - T0, in der sich der
Führungskessel aufgrund der geforderten Wärmeleistung noch weiter
aufheizt. Das Öffnen der Drosselklappe zum Zeitpunkt T1 führt dann
dazu, dass die Kaskadenregelung in den sogenannten
"Steuerbetrieb" übergeht, der zur Folge hat, dass das aufgrund der
hydraulischen Verbindung von Führungs- und Folgekessel nicht
zu vermeidende temperaturmäßige Überschwingen des
Führungskessels ignoriert wird, d. h. es nicht zu einer unnötigen
Regelaktivität der Kaskadenregelung kommt. Erst nach dem Beenden
des Steuerungsbetriebs zum Zeitpunkt T2, also wenn das
Überschwingen des Führungskessel beendet ist, wird die
Kaskadenregelung gewissermaßen wieder aktiviert und regelt im Modus
"Normalbetrieb" die Mehrkesselanlage.
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Das in Anspruch 1 genannte Zeitintervall ist in Fig. 1 somit
durch die Zeitdifferenz T2 - T1 festgelegt. Sein Beginn ist
beispielsweise durch das Öffnen der Drosselklappe am
zugeschalteten Folgekessel definiert.
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Alternativ ist bei einer anderen, nicht dargestellten
Ausführungsform vorgesehen, das Zeitintervall sofort mit der
Freigabe des Kessels zu starten, ohne auf das tatsächliche Öffnen
der Drosselklappe zu warten. Selbstverständlich ist aber auch
jede andere technisch sinnvolle Definition dieses Zeitpunkts
möglich.
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Das Ende des Zeitintervalls wird in der Regel durch eine
einmalige Messung der Überschwingzeit ermittelt. Alternativ kann
dieser Zeitpunkt aber auch durch das Erreichen der gemeinsamen
Kaskaden-Vorlaufsolltemperatur oder eine Kombination aus
diesen beiden Möglichkeiten definiert sein.
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In Fig. 2 ist der zeitverlaufsmäßig in Fig. 1 dargestellte
Sachverhalt als Zustandsdiagramm verdeutlicht. Ausgangspunkt
ist wieder der Normalbetrieb, bei dem hier beispielsweise
davon ausgegangen werden soll, dass der Führungskessel und ein
Folgekessel in Betrieb sind (siehe linke Seite des Diagramms).
Sinkt nun der Heizleistungsbedarf ab und ist somit für die
Kaskadenregelung das Abschaltkriterium für den Folgekessel
erfüllt, wird diese Abschaltung vorgenommen, wobei
gleichzeitig die gesamte Regelung in den Steuerbetrieb übergeht, um mit
dem Überschwingen des Führungskessels nicht eine unerwünschte
Aktivität der Kaskadenregelung hervorzurufen.
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Nachdem die Einschwingzeit abgelaufen ist, kehrt die Regelung
in den Normalbetrieb zurück.
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Für den Fall, dass beispielsweise durch eine
Kesselschutzfunktion (die eigenständig neben der Kaskadenregelung abläuft) ein
Folgekessel während des Steuerungsbetriebs unerwartet
abgeschaltet wird, führt ein erneutes Öffnen der Drosselklappe am
Folgekessel zu einen Neustart des Zeitintervalls.