[0001] Warmwasser-Sammelheizungsanlagen werden vielfach mit einer von der Außentemperatur
abhängig gesteuerten Vorlauftemperatur betrieben, während die Wärmezufuhr zu den einzelnen
Räumen durch dort vorgesehene, von Hand oder mittels eines Thermostaten verstellbare
Radiatorventile in Abhängigkeit vom Wärmebedarf im betreffenden Raum geregelt wird.
Des weiteren ist aus DE-PS 19 61 806 ein Temperaturregler für Sammelheizungsanlagen
bekannt, der ein in der Vor- oder Rücklaufleitung liegendes Stellventil steuert und
eingangsseitig an zwei Temperaturfühler angeschlossen ist, von denen der eine die
Temperatur in der Vorlaufleitung und der andere die Temperatur in der Rücklaufleitung
mißt. Der Regler ist so ausgebildet, daß zwischen Vor- und Rücklauf eine vorgegebene
Temperaturdifferenz eingehalten wird. Weiterhin zeigt die DE-OS 27 47 969 eine Regelvorrichtung
dieser Art für eine Heizungsanlage mit Beimischregelung, in welcher die Regelvorrichtung
zwecks Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und
Rücklauf auf ein Mischventil einwirkt. Wird im zu beheizenden Raum mehr Wärme benötigt,
so öffnet ein dort vorgesehenes thermostatisches Heizkörperventil einen größeren Durchflußquerschnitt
und erhöht damit die durchfließende Wassermenge. Dies hat zur Folge, daß das Heizwasser
schneller durch den Heizkörper fließt, dabei sich weniger abkühlt und somit die Rücklauftemperatur
ansteigt. Um eine vorgegebene Temperaturdifferenz einzuhalten, wird folglich vom Mischventil
mehr Heißwasser zugeführt und damit die Vorlauftemperatur erhöht.
[0002] Bei diesen und anderen bekannten Warmwasserheizungsanlagen erfolgt somit die bedarfsabhängige
Regelung wasserseitig mit Hilfe eines Vorlauf- oder Beimischventils, während der Brenner
und damit die Temperatur des Heißwassers allenfalls in Abhängigkeit von der Außentemperatur,nicht
aber vom eigentlichen Wärmebedarf in den Räumen gesteuert wird.
[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, den Brenner selbst in Abhängigkeit vom Wärmebedarf
zu steuern und ihm auf diese Weise nur diejenige Gasmenge zuzuführen, welche zur Erzeugung
der benötigten Wärme erforderlich ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch
1 gekennzeichnete Erfindung. Als Kenngröße für den tatsächlichen Wärmebedarf dient
hier wie beim eingangs erwähnten Stand der Technik die Temperaturdifferenz zwischen
Vorlauf und Rücklauf des Heizwassers zum Verbraucher, also beispielsweise zu den Heizkörpern
einer Sammelheizungsanlage. In Abhängigkeit hiervon wird die dem Brenner des Heizkessels
zugeführte Gasmenge geregelt. Um eine optimale Verbrennung und damit eine bestmögliche
Ausnutzung dieser Gasmenge zu gewährleisten, erfolgt gleichzeitig eine Regelung der
dem Heizkessel zugeführten Verbrennungsluftmenge. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
[0004] Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in den Zeichnungen wiedergegebener Ausführungsbeispiele
erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Warmwasserheizungsanlage, bei der in Abhängigkeit von der Differenz zwischen
Vor- und Rücklauftemperatur durch einen gemeinsamen auf ein Gasregelgerät aufgesetzten
Servodruckregler sowohl die dem Brenner zugeführte Gasmenge als auch die zugeführte
Verbrennungsluftmenge gleichzeitig dem Wärmebedarf angepaßt werden; während
Fig. 2 eine Ausführungsform wiedergibt, bei der die Temperaturdifferenz die Gaszufuhr
steuert, während die zu dessen vollständiger Verbrennung erforderliche Verbrennungsluftmenge
in Abhängigkeit von der Sauerstoff-oder Kohlendioxydkonzentration des Rauchgases ermittelt
und über ein Luftmengenstellglied der Gasmenge fortlaufend angepaßt wird.
[0005] In beiden Ausführungsbeispielen hat das die Gaszufuhr steuernde Gasregelgerät den
aus der Firmendruckschrift D3H-29 HONEYWELL KOMPAKT-VENTILE V4600/8600 bekannten Aufbau,
wobei der dort vorgesehene, von Hand einstellbare Servodruckregler durch einen mittels
einen Elektromagnetantrieb hinsichtlich seines Sollwerts einstellbaren Servodruckregler
gemäß der älteren DE-OS 30 15 980 ersetzt ist. Im Gasregelgerät 1 sind zwischen Einlaß
2 und Auslaß 3 ein Sicherheitsventil 4 und ein Hauptgasventil 5 in Reihe geschaltet.
Das Sicherheitsventil 4 mit Einschaltdrucktaste 6 und Wiedereinschaltsperre 7 ist
für die Wirkungsweise der Erfindung ohne Belang und wird folglich nicht im einzelnen
erörtert. Der Schließkörper 5 des Hauptgasventils ist durch eine Schließfeder 8 in
Schließrichtung vorgespannt und kann über eine Membran 9 durch den Servosteuerdruck
in der Kammer 10 gegen die Kraft dieser Schließfeder 8 vom Ventilsitz 11 abgehoben
werden. Den Steuerdruck für die Kammer 10 liefert über den Kanal 12 ein Servodruckregler
13, dessen Sollwert 5 mit Hilfe eines Elektromagnetantriebs 14 verstellbar ist. In
einem durch die Warmwasserheizungsanlage zu beheizenden Raum befindet sich der Raumthermostat
15, dessen Kontakt schließt, sobald die von seinem Temperaturfühler gemessene Raumtemperatur
den am Raumthermostaten 15 eingestellten Sollwert unterschreitet. Mit dem Schließen
dieses Kontakts wird das Einschaltmagnetventil 16 des Gasregelgeräts 1 an' Spannung
gelegt, so daß es einerseits den Eingangsgasdruck über die Leitung 17 und eine Drosselstelle
18 in die Kammer 19 gelangen läßt und andererseits mit seinem Schließkörper 20 die
Verbindung dieser Kammer mit dem Kanal 21 und über diesen mit dem Auslaß 3 sperrt.
Folglich baut sich in der Kammer 19 ein von der Stellung des Drosselkörpers 22 des
Druckreglers abhängiger Steuerdruck auf, der über den Kanal 12 in die Steuerkammer
10 des Membranantriebs für das Hauptgasventil 5, 11 gelangt und den Schließkörper
5 vom Sitz 11 abhebt. Damit strömt Gas über die Leitung 23 zur Injektordüse 24, welche
dem Gaseinlaß 25 des Brenners 26 gegenübersteht. Der Gasstrom saugt zugleich Primärluft
an und führt sie ebenfalls dem Brenner 26 zu. Über eine Zündleitung 27 ist der Zündbrenner
28 an das Gasregelventil 1 angeschlossen. Seine Flamme erwärmt das Thermoelement 29,
welches über den Magneteinsatz 30 das Sicherheitsventil 4 offenhält.
[0006] Da die vom Gasstrom durch die Injektordüse 24 angesaugte Primärluft für eine vollständige
Verbrennung des Gases nicht ausreicht, ist eine zweite Injektordüse 31 vorgesehen,
welche einem Sekundärlufteinlaß 32 des Boilers 33 gegenübersteht. Der Sekundärlufteinlaß
32 mündet in ein mit Luftaustrittslöchern 34 versehenes Luftverteilerrohr 35. Die
zweite Injektordüse 31 steht über eine Leitung 36 mit dem Ausgang 37 eines Luftregelventils
.38 in Verbindung, dessen Eingang 39 an eine Druckluftquelle in Form eines Gebläses
40 angeschlossen ist. Der Schließkörper 41 des Luftregelventils 38 ist durch eine
Feder 42 in Schließrichtung vorgespannt und kann von einer Membran 43 vom Sitz 44
abgehoben werden, sobald der Druck in der Antriebskammer 45 die von der Schließfeder
42 und vom Druck im Ausgang 37 ausgeübten Kräfte auf die Membran 43 übersteigt. Der
Steuerdruck in der Kammer 45 kommt über eine Leitung 46 ebenfalls aus der Kammer 19
unterhalb des Drosselkörpers 22 des Servodruckreglers 13. Auf diese Weise werden Gaszufuhr
und Sekundärluftzufuhr gleichsinnig durch den Servodruckregler 13 geregelt. Im Auslaß
37 des Luftregelventils 38 liegt der Fühler 47 eines Strömungsschalters 48. Sein durch
den Luftstrom schließender Arbeitskontakt ist in den Erregerstromkreis des Einschaltmagnetventils
16 eingeschaltet.
[0007] Der Brenner 26 beheizt einen Wärmetauscher 51, der über eine Umwälzpumpe 52 an die
Heizkörper 53 angeschlossen ist. Die Abgase verlassen den Boiler 33 durch den Rauchgasabzug
54, der über einen Zugunterbrecher 55 in den Schornstein 56 übergeht. Mit Ausnahme
von Gaseinlaß 25, Sekundärlufteinlaß 32 und Rauchgasabzug 54 ist das Gehäuse 57 des
Boilers 33 allseitig geschlossen. In den Schornstein 56 ragt eine Luftaustrittsdüse
58 hinein, welche über eine Leitung 59 an den Auslaß 37 des Luftregelventils angeschlossen
ist. Mit Hilfe dieser Luftaustrittsdüse 58 wird ein künstlicher Zug im Schornstein
56 erzeugt. Mittels einer Drossel 60 kann der Hilfsluftstrom aus der Düse 58 dem Sekundärluftstrom
angepaßt werden. Bei hohen Schornsteinen empfiehlt es sich vielfach, die Leitung 59
nicht an den Auslaß 37, sondern über die Leitung 59' an den Einlaß 39 des Luftregelventils
38, d. h. unmittelbar an das Gebläse 40 anzuschließen. Um eine Kondensation der Abgase
im Schornstein 56 infolge Rauchgasabkühlung zu vermeiden,
kann es ratsam sein, die den künstlichen Zug erzeugende Luft vorzuwärmen. Dies ist
in Fig. 1 dadurch gestrichelt angedeutet, daß die Zuleitung zur Düse 58 im Bereich
59" teilweise im Inneren des Boilers 33 entlanggeführt ist.
[0008] In der Heizwasservorlaufleitung 62 vom Wärmetauscher 51 zu den Heizkörpern 53 ist
ein Temperaturfühler 63 und in der Rücklaufleitung 64 ein zweiter Temperaturfühler
65 vorgesehen. Die Ausgänge beider Temperaturfühler sind an einen Regler 66 angeschlossen,
der ausgangsseitig mit dem Magnetantrieb 14 des Servodruckreglers 13 in Verbindung
steht.
[0009] Sobald die Temperatur in dem zu beheizenden Raum unter den Sollwert des Raumthermostaten
15 absinkt, schließt dieser seinen Kontakt, schaltet das Einschaltmagnetventil 16
ein und mit ihm den Servodruckregler 13. Dieser öffnet das Hauptgasventil 5,11, so
daß der Hauptbrenner 26 zündet und das den Wärmetauscher 51 durchfließende Heizwasser
erwärmt. Ist der zu beheizende Raum relativ kalt, so kühlt sich das Wasser stark ab
und die Temperaturfühler 63 und 65 melden eine starke Temperaturdifferenz an den Regler
66. Ist diese Temperaturdifferenz größer als ein vorgegebener Sollwert, so verstellt
der Magnetantrieb 14 den Servodruckregler 13 in Richtung auf einen höheren Steuerdruck,
so daß das Hauptgasventil 5, 11 noch weiter geöffnet wird. Sinkt hingegen die Temperaturdifferenz,
so wird die Gaszufuhr auf dem gleichen Wege gedrosselt. Auf diese Weise wird die dem
Brenner 26 zugeführte Gasmenge in Abhängigkeit vom Wärmebedarf moduliert. Erreicht
die Raumtemperatur den am Raumthermostaten 15 vorgegebenen Sollwert, so unterbricht
dieser den Stromkreis des Einschaltmagnetventils, dadurch liefert der Servodruckregler
13 keinen Steuerdruck mehr in die Membrankammer 10 des Membranantriebs für das Hauptgasventil
5, 11, so daß dieses unter dem Einfluß seiner Schließfeder 8 schließt. Mit der Modulation
und Veränderung der Gaszufuhr zum Hauptbrenner 26 wird gleichzeitig über die Steuerdruckleitung
46 und das Luftregelventil 38 die zugehörige Sekundärluftmenge dem Gasdurchsatz fortlaufend
angepaßt. Man erreicht auf diese Weise eine vollständige Verbrennung und optimale
Ausnutzung des Brenngases. Schließt das Gasregelventil 5, 11, so verschwindet gleichzeitig
der Steuerdruck auf der Leitung 46, so daß auch das Luftregelventil 38 schließt und
dem Sekundärlufteinlaß 32 keine Sekundärluft mehr zugeführt wird. Da das Gehäuse 57
des Boilers 33 bis auf die beiden Einlaßöffnungen 25 und 32 eingangsseitig geschlossen
ist, herrscht innerhalb des Boilers nahezu kein Zug mehr, so daß die darin enthaltene
Wärme nicht über den Rauchgasabzug 54 entweicht. Auch dies trägt zur Verbesserung
des Wirkungsgrades der Heizungsanlage bei.
[0010] Anstelle des im Ausführungsbeispiel dargestellten elektrischen oder elektronischen
Reglers 66 kann auch ein thermomechanischer Regler Verwendung finden, wie er beispielsweise
in der DE-PS 19 61 806 bzw. DE-OS 27 47 969 beschrieben ist. Dort sind die beiden
Temperaturfühler 63 und 65 als Ausdehnungsfühler dargestellt, die über Kapillarrohre
hydraulisch auf ein Stellglied einwirken. Dieses verstellt dann mechanisch unmittelbar
den Sollwert des Servodruckreglers 13.
[0011] Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 im
wesentlichen durch eine geänderte Steuerung der Sekundärluftmenge in Abhängigkeit
vom Gasdurchsatz. Während beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 Gaszufuhr und Sekundärluftzufuhr
gleichsinnig mit Hilfe des gleichen Servodruckreglers 13 beeinflußt werden, wirkt
dieser in Fig. 2 nur auf das Gasregelventil und damit auf die Gaszufuhr zum Brenner
26 ein. Zugleich wird allerdings auch die über die Injektordüse 24 angesaugte Primärluftmenge
gleichsinnig verändert. Zur Steuerung der über die zweite Injektordüse 31 zugeführten
und angesaugten Sekundärluftmange hingegen ist im Rauchgasabzug 54 ein Sauerstoff-oder
Kohlendioxydfühler 70 vorgesehen, dessen Ausgangssignal einem Regler 71 zugeführt
ist. Unterschreitet der Sauerstoffüberschuß (Luftüberschuß) im Rauchgasabzug 54 einen
vorgegebenen Sollwert, so liefert der Regler 71 ein Ausgangssignal an den Magnetantrieb
72 des auf das Luftregelventil 38 aufgesetzten Servodruckreglers 73, wodurch der Sollwert
dieses Druckreglers erhöht und damit zugleich das Luftregelventil 41, 44 weiter geöffnet
wird. Damit fließt mehr.Sekundärluft zum Luftverteilerrrohr 35, so daß der vom Fühler
70 gemessene Luftüberschuß zunimmt. Ein zu hoher Luftüberschuß führt umgekehrt zu
einer Drosselung der über das Luftregelventil 38 zugeführten Sekundärluftmenge. Anstelle
der Zwischenschaltung eines Luftregelventils 38 zwischen Gebläse 40 und Sekundärluftdüse
31 kann auch das Gebläse selbst regelbar sein. In diesem Falle wird die Ausgangsleitung
74 des Reglers 71 über eine Verbindung 74' unmittelbar an eine Gebläsesteuerschaltung
angeschlossen, über die die Drehzahl und damit die Leistung des Gebläses beeinflußbar
ist. Die Regler 66 und 71 können zu einem gemeinsamen Regler, ggf. zu einem Digitalregler
unter Verwendung eines Mikroprozessors zusammengefaßt werden. Anstelle des Sauerstoffüberschusses
kann auch eine Messung des C0
2-Gehalts der Rauchgase zur Steuerung der Sekundärluftmenge herangezogen werden. Hinsichtlich
der Steuerung der Gaszufuhr in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz am Eingang
und Ausgang des Wärmetauschers arbeitet die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 in der
gleichen Weise wie zuvor anhand von Fig. 1 beschrieben. Während der Raumthermostat
15 durch Betätigen seines Kontakts anzeigt, ob dem Raum Wärme zugeführt werden soll,
dient der Heizwasserverbraucher 53 selbst als Meßstrecke zur Ermittlung des Betrages
der erforderlichen Wärmezufuhr. Je größer der Wärmebedarf ist, umso mehr wächst die
Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf 62 und Rücklauf 64 an. Dementsprechend wird über
den Führungsregler 66 und den Magnetantrieb 14 der Sollwert des Servodruckreglers
13 verstellt und damit der Gasdurchsatz zum Brenner gesteuert.
1. Regeleinrichtung für den gasbefeuerten Heizkessel einer Warmwasser-Heizungsanlage,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) Im Zuge der Gasleitung zum Brenner (26) ist ein Gasregelventil (1) angeordnet,
dessen Drosselkörper (5) über einen Membranantrieb (8,9,10) durch den Ausgangssteuerdruck
eines dem Gasregelventil zugeordneten Servodruckreglers (13) verstellt wird;
b) zur Sollwertverstellung des Servodruckreglers (13) ist ein Führungsregler (66)
vorgesehen, dem als Eingangsgrößen den Temperaturen im Heizwasservorlauf (62) und
im Heizwasser-Rücklauf (64) entsprechende Signalgrößen zugeführt sind und der bei
Abweichung der Temperaturdifferenz von einem vorgegebenen Sollwert ein Stellsignal
an den Servodruckregler (13) abgibt;
c) ein Luftmengenstellglied (38,40) steuert die dem Heizkessel (33) zugeführte Verbrennungsluftmenge
in Abhängigkeit von der zugeführten Gasmenge.
2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuereingang
(46) des Luftmengenstellglieds (38) an einen Steuerdruckausgang des Servodruckreglers
(13) angeschlossen ist (Fig. 1).
3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Luftmengenstellglied
ein einem Gebläse (40) nachgeschaltetes Luftregelventil (38) ist, dessen Drosselkörper
(41) über einen Membranantrieb (42,43) durch den Ausgangssteuerdruck des Servodruckreglers
(13) verstellbar ist.
4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuereingang
(74) des Luftmengenstellglieds (38) mit einem elektrischen Regler (71) in Verbindung
steht, dessen Regelgrößeneingang an einen die Sauerstoffkonzentration oder Kohlendioxydkonzentration
im Rauchgasabzug (54) des Heizkessels (33) messenden Fühler (70)angeschlossen ist
(Fig. 2).
5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Luftmengenstellglied
eine die Drehzahl eines Verbrennungsluftgebläses (40) steuernde Schaltungsanordnung
enthält.
6. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Luftmengenstellglied
ein einem Gebläse (40) nachgeschaltetes Luftregelventil (38) ist, dessen Drosselkörper
(41) über einen Membranantrieb (42,43) durch den Ausgangssteuerdruck eines zweiten
Servodruckreglers (73) verstellbar ist, und daß der Sollwert des zweiten Servodruckreglers
(73) durch einen ihm zugeordneten, vom elektrischen Regler (71) gesteuerten Elektromagnetantrieb
(72) beeinflußbar ist.
7. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß
der Führungsregler ein thermomechanischer Regler ist, der über Kapillarrohre an zwei
Ausdehnungstemperatur- . fühler (63,65) angeschlossen ist und mit seinem Ausgangsstellglied
mechanisch oder hydraulisch auf den dem Gasregelventil (1) zugeordneten Servodruckregler
(13) einwirkt.
8. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß
der Führungsregler (66) ein elektrischer Regler ist, an dessen Meßgrößeneingang zwei
elektrische Temperaturfühler (63,65) angeschlossen sind und dessen Ausgangssteuersignal
einem den Sollwert des dem Gasregelgerät (1) zugeordneten Servodruckreglers (13) verstellenden
Elektromagnetantrieb (14) zugeführt ist (Fig. 2).
9. Regeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß
das Gasregelventil (1) ausgangsseitig an eine erste Injektordüse (24) angeschlossen
ist, welche dem Gas-und Primärlufteinlaß (25) des Brenners (26) gegenübersteht, während
das Luftmengenstellglied (38,40) ausgangsseitig mit einer zweiten Injektordüse (31)
verbunden ist, welcher ein Sekundärlufteinlaß (32) des Heizkessels (33) gegenübersteht.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß an eine die zweite
Injektordüse (31) speisende Druckluftquelle (38,40) eine im Rauchgasabzug (54,56)
angeordnete Luftaustrittsdüse (58) angeschlossen ist.