Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Regelung eines Heizgeräts nach der
Gattung des Hauptanspruchs, sowie von einem Heizgerät zur Durchführung des Verfahrens.
[0002] Es ist allgemein bekannt, daß beim Betreiben von Heizgeräten, insbesondere im Teillastbereich,
der Taupunkt des Wasserdampfes von bei der Verbrennung entstehenden Abgasen unterschritten
wird und Kondensat ausfällt. Bedingt durch die im Kondensat enthaltenen Säurebildner
NO
x, SO
2 und CO
2 müssen vor allem die Abgasführung und der Wärmeübertrager der Heizgeräte korrosionsbeständig
sein.
[0003] Aus der EP 0 184 612 B2 sind Wärmeübertrager bekannt, die mit einer speziellen Schutzschicht
versehen und damit gegen die im Kondensat der Abgase enthaltenen Säurebildner beständig
sind. Bei Schornsteinen als Abgasführung bietet sich die Möglichkeit, Schamotteinnenrohre
mit Glasierung, flexible oder starre Edelstahlrohre oder auch Kunststoffrohre einzusetzen,
damit die Schornsteine gegenüber Abgaskondensat unempfindlich sind.
Vorteile der Erfindung
[0004] Das erfindungsgemäße Regelverfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den
Vorteil, daß durch die Vermeidung von Kondensat in der Abgasführung auf die Maßnahmen
weitgehend verzichtet werden kann. Liegt die entsprechend der Wärmeanforderung eingestellte
Brennerleistung unterhalb des ermittelten Brennerleistungs-Sollwertes zum Erreichen
der minimal notwendigen Abgastemperatur bei einer bestimmten Vorlauftemperatur des
Heizwassers, so wird die Brennerleistung auf den vorher bestimmten Brennerleistungs-Sollwert
angehoben. Durch diese Maßnahmen ist erreicht, daß gängige Regelverfahren, wie z.B.
witterungsgeführte oder führungsraumgeführte Regelungen weiterhin uneingeschränkt
eingesetzt werden können und lediglich durch die Anhebung der unteren Regelgrenze
für die Brennerleistung die Kondensatvermeidung erreicht wird.
[0005] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen
des Regelverfahrens möglich.
[0006] Die Abhängigkeit der Brennerleistungs-Sollwerte von den Vorlauftemperaturen des Heizwassers
und von der Abgasführung wird in vorteilhafter Weise durch eine im Steuergerät abgelegte
Kennlinie bestimmt. Damit wird erreicht, daß während des Betriebs des Heizgeräts jeder
Vorlauftemperatur des Heizwassers ein entsprechend der Vermeidung von Kondensat notwendiger
Brennerleistungs-Sollwert als untere Grenze des Brennerleistungs-Regelbereichs zuordenbar
wird.
[0007] Da die Kondensatbildung des Abgases auch von der Abgasführung abhängig ist, sind
bei verschiedenen Abgasführungen unterschiedliche minimal notwendige Abgastemperaturen
notwendig. Zum Beispiel erfordert eine Abgasführung mit einem langen Abgasrohr höhere
Brennerleistungs-Sollwerte zur Kondensatvermeidung des Abgases im Abgasrohr als eine
Abgasführung mit einem kurzen Abgasrohr. Deshalb sind bei unterschiedlich minimal
notwendigen Abgastemperaturen auf Grund unterschiedlich möglicher Abgasführungen unterschiedliche
Kennlinien im Steuergerät abgelegt. Entsprechend der eingesetzten Abgasführung am
Heizgerät kann die notwendige Kennlinie zur Kondensatvermeidung am Heizgerät oder
am Steuergerät eingestellt werden. Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß
das erfindungsgemäße Regelverfahren auch bei Heizanlagen mit unterschiedlichen Abgasführungen
universell eingesetzt werden kann und insbesondere bei der Montage am Einsatzort an
die dort vorhandene Abgasführung sehr einfach anpaßbar ist.
[0008] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kennlinie durch ein mit dem Steuergerät verbundenes
Potentiometer vorwählbar ist.
[0009] Bei Unterschreiten der minimal notwendigen Abgastemperatur wird die Brennerleistung
mit dem aus der vorgewählten Kennlinie ermittelten Brennerleistungs-Sollwerte korrigiert.
Da diese Brennerleistungs-Sollwerte größer sind als die ursprünglich eingestellte
Brennerleistung wird die korrigierte Brennerleistung in vorteilhafter Weise durch
eine- kürzere Einschaltdauer und/oder längere Ausschaltdauer des Brenners ausgeglichen.
Dadurch wird erreicht, daß das Heizgerät nicht mehr Heizenergie abgibt, als entsprechend
der Wärmeanforderung gefordert wurde.
[0010] Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens besonders geeignetes Heizgerät
zeichnet sich dadurch aus, daß in einem Steuergerät mindestens eine die Brennerleistungs-Sollwerte
in Verbindung mit den zugehörigen Vorlauftemperaturen umfassende Kennlinie abgelegt
ist.
Zeichnung
[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der
nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 das schematisch dargestellte
erfindungsgemäße Heizgerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens
und Fig. 2 ein Kennlinienfeld in einem Brennerleistungs/Vorlauftemperatur-Diagramm.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0012] Das in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Heizgerät weist einen Brenner
10 auf. Ein in einem Heizwasserkreislauf mit einem Vorlauf 12 und einem Rücklauf 14
angeordneter Wärmeübertrager 16 wird mit heißen Verbrennungsgasen vom Brenner 10 beaufschlagt.
An den Heizwasserkreislauf können Verbraucher z.B. in Form eines Heizungssystems mit
Raumheizkörpern angeschlossen werden, die in Form von Strahlungswärme die Heizenergie
an die Umgebung abgeben, oder auch Systeme zur Brauchwasserversorgung, die beispielsweise
mit dem Heizungssystem kombiniert werden.
Oberhalb des Wärmeübertragers 16 ist eine Abgasführung 18 angeordnet, die die bei
der Verbrennung entstehenden Abgase an die Außenumgebung abführt. Über eine koaxial
zur Abgasführung 18 angeordnete Leitung 20 kann im Fall des raumluftunabhängig arbeitenden
Heizgeräts dem Brenner 10 Verbrennungsluft zugeführt werden.
[0013] Bei Heizungssystemen dient die Vorlauftemperatur des Heizwassers als zentrale Größe
für die Regelung der zu beheizenden Objekte. Dafür ist ein mit einem Steuergerät 22
verbundener Temperaturmeßfühler 24 im Vorlauf 12 des Heizwasserkreislaufs angeordnet.
Die Vorlauftemperatur wird in diesem Fall direkt in Abhängigkeit von der Außentemperatur
geregelt. Entsprechend der aktuellen Außentemperatur wird im Steuergerät 22 ein Sollwert
für die Vorlauftemperatur ermittelt, auf den das Heizwasser mit Hilfe des am Vorlauf
12 angeordneten Temperaturmeßfühlers 24 erhitzt wird. Bei Außentemperaturen von beispielsweise
10 °C arbeitet das Heizgerät mit einer kleinen Vorlauftemperatur (z.B. 35 °C). In
Abhängigkeit von der Höhe der Wärmeanforderung wird die Leistung des Brenners 10 vorzugsweise
zwischen 60% und 100% stetig geregelt.
[0014] Es ist bekannt, daß beim Unterschreiten des Taupunktes der Abgastemperatur Kondensat
in der Abgasführung 18 entsteht. Die Abgastemperatur ist dabei im wesentlichen abhängig
von der Vorlauftemperatur des Heizwassers und der entsprechend der Wärmeanforderung
eingestellten Brennerleistung sowie von der Länge und der Art der Abgasführung 18.
Mit steigenden Vorlauftemperaturen des Heizwassers steigt auch die Abgastemperatur
an, so daß insbesondere bei niedrigen Vorlauftemperaturen die Gefahr besteht, daß
die Abgastemperatur in der Abgasleitung 18 den Taupunkt unterschreitet.
[0015] In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Regelverfahrens wird die minimal notwendige
Abgastemperatur bestimmt, um die Abgastemperatur im Verlauf der Abgasführung 18 oberhalb
des Taupunktes zu halten. Dazu wurde in Laborversuchen die minimal notwendige Abgastemperatur
unmittelbar am Eintritt der Abgase in die Abgasführung 18 so bestimmt, daß kein Kondensat
in der gesamten Abgasführung 18 entstand. Dabei hängt die minimal notwendige Abgastemperatur
im wesentlichen von der Länge und vom Durchmesser der Abgasführung 18 sowie vom Wärmedurchgang
zwischen Abgasführung 18 und der koaxial dazu angeordneten Leitung 20 für die Zufuhr
der Verbrennungsluft ab. Eine lange Abgasführung 18 erfordert eine höhere minimal
notwendige Abgastemperatur als eine kurze Abgasführung 18.
[0016] In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Regelverfahrens werden Brennerleistungs-Sollwerte
für das Erreichen der minimal notwendigen Abgastemperatur bei unterschiedlichen Vorlauftemperaturen
bestimmt. Es ist bekannt, daß proportional zur Vorlauftemperatur des Heizwassers die
Abgastemperatur steigt. Da in dem ersten Schritt die minimal notwendige Abgastemperatur
bestimmt wurde, ist es nun möglich, bei den verschiedenen Vorlauftemperaturen des
Heizwassers Brennerleistungs-Sollwerte als untere Grenze für den Brennerleistungs-Regelbereich
zu definieren. So ist beispielweise bei einer Vorlauftemperatur von 35 °C ein größerer
Brennerleistungs-Sollwert notwendig, um kondensatfrei in der Abgasführung 18 zu sein,
als bei einer Vorlauftemperatur von 70 °C.
[0017] In einem dritten Schritt werden während des Heizvorgangs die entsprechend der Wärmeanforderung
eingestellten Brennerleistungs-Istwerte mit den Brennerleistungs-Sollwerten verglichen.
Liegt der Brennerleistungs-Istwert unter dem Brennerleistungs-Sollwert, so wird dieser
durch den Brennerleistungs-Sollwert bei der entsprechenden Vorlauftemperatur des Heizwassers
ersetzt. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, daß die Abgastemperatur während des
Heizens insbesondere bei niedrigen Vorlauftemperaturen des Heizwassers nicht unter
den Taupunkt des Abgases fällt und die Abgasführung 18 frei von Abgaskondensat bleibt.
[0018] Die Zuordnung der Brennerleistungs-Sollwerte in Verbindung mit den zugehörigen Vorlauftemperaturen
des Heizwasssers wird als Kennlinie im Steuergerät 22 abgelegt. Dabei ist die Kennlinie
wie in Fig. 2 dargestellt, mit steigenden Vorlauftemperaturen fallend, d.h. es sind
mit steigender Vorlauftemperatur kleinere Brennerleistungs-Sollwerte als untere Grenze
des Brennerleistungs-Regelbereichs möglich. Wird das Heizgerät eingeschaltet und liegt
eine Wärmeanforderung am Steuergerät 22 an, so wird das erfindungsgemäße Regelverfahren
aktiviert. Entsprechend dem durch das Steuergerät 22 im Zusammenwirken mit dem Außentemperaturmeßfühler
ermittelten Sollwert für die Vorlauftemperatur des Heizwassers beginnt das Heizgerät
das Heizwasser bis zum Sollwert zu erhitzen. Entsprechend der Wärmeanforderung wird
auch die Heizleistung bzw. die Brennerleistung zwischen 60% und 100% eingestellt.
Liegt der eingestellte Brennerleistungs-Istwert unter dem Brennerleistungs-Sollwert,
wird die Brennerleistung durch die Kennlinie im Steuergerät korrigiert bzw. angehoben.
[0019] Da die Kondensatbildung des Abgases von der Abgasführung 18 abhängig ist, sind bei
verschiedenen Abgasführungen 18 unterschiedliche minimale Abgastemperaturen notwendig.
Um das erfindungsgemäße Regelverfahren auch bei unterschiedlichen Abgasführungen 18
universell einsetzen zu können, wurden in Laborversuchen bei verschiedenen Abgasführungen
18 die minimal notwendige Abgastemperatur bestimmt. Bei einer geringen Abgasabkühlung
durch eine kurze Abgasführung 18 und/oder einen geringen Wärmedurchgang zwischen Abgasführung
18 und der Leitung 20 für die Verbrennungsluftzufuhr sind kleinere minimale Abgastemperaturen
notwendig, als bei einer hohen Abgasabkühlung durch eine lange Abgasführung 18 und/oder
hohen Wärmedurchgang zwischen Abgasführung 18 und der Leitung 20 für die Verbrennungsluftzufuhr.
Der Wärmedurchgang ist dabei abhängig von der Isolation des Bereichs um die Leitung
20 für die Verbrennungsluftzufuhr.
[0020] Demzufolge sind in Abhängigkeit dieser Parameter unterschiedliche Brennerleistungs-Sollwerte
als untere Grenze für den Brennerleistungs-Regelbereich für eine kondensatfreie Abgasführung
18 notwendig. Deshalb sind für unterschiedliche minimal notwendige Abgastemperaturen
unterschiedliche Kennlinien im Steuergerät 22 abgelegt, die in Fig. 2 gestrichelt
dargestellt sind.
[0021] Bei einer Neuinstallation einer gesamten Heizanlage, z.B. bei Neubau eines Hauses
oder bei der Installation des erfindungsgemäßen Heizgeräts an eine bereits bestehende
Abgasführung 18 kann in Abhängigkeit von der Abgasführung 18 zwischen den in Fig.
2 dargestellten Kennlinien ausgewählt werden. Kennlinie 1 als untere einstellbare
Kennlinie wird bei Heizanlagen mit einer kurzen Abgasführung 18 und einem niedrigen
Wert für den Wärmedurchgang zwischen der Abgasführung 18 und der Leitung 20 für die
Zufuhr der Verbrennungsluft gewählt, während Kennlinie 5 als obere einstellbare Kennlinie
bei einer langen Abgasführung 18 und einem hohen Wert für den Wärmedurchgang zwischen
der Abgasführung 18 und der Leitung 20 für die Zufuhr der Verbrennungsluft gewählt
wird. Zwischen diesen beiden Kennlinien sind entsprechende Feinabstimmungen bzgl.
der Länge der Abgasführung 18 und dem Wärmedurchgang durch die Kennlinien 2,3 und
4 möglich.
[0022] Die Entscheidung, welche Kennlinie gewählt wird, beruht dann auf Erfahrungswerten
des Heizungsinstallateurs bzw. auf Messungen der minimal notwendigen Abgastemperatur
im Vorfeld.
[0023] Die Einstellung der für die Abgasführung notwendigen Kennlinie erfolgt durch ein
Potentiometer 26. Dabei ist das mit dem Steuergerät verbundene Potentiometer 26 so
am Heizgerät angebracht, daß der Betreiber bzw. der Installateur der Heizungsanlage
ohne jegliche Demontage des Heizgeräts die entsprechende Einstellung vornehmen kann.
[0024] Bei einer Korrektur der Brennerleistung aufgrund des erfindungsgemäßen Regelverfahrens
würde bei einer Beibehaltung der Einschaltdauer bzw. der Auschaltdauer des Brenners
10 die Heizenergiezufuhr größer sein, als die ursprünglich entsprechend der Wärmeanforderung
geforderte. Um diese abgegebene höhere Brennerleistung dahingehend zu korrigieren,
daß die Heizenergiezufuhr der tatsächlich benötigten Wärmemenge entspricht, werden
kürzere Einschaltphasen und/oder längere Ausschaltphasen des Brenners 10 durch das
Steuergerät 22 eingestellt. Die Schalthysterese bei einer Zweipunktregelung kann dabei,
wie bereits in einer früheren Anmeldung mit den Aktenzeichen P 39 07 955.4-34 beschrieben,
optimiert werden.
[0025] Die Anwendung des Regelverfahrens ist nicht eingeschränkt auf ein Heizgerät entsprechend
dem Ausführungsbeispiel, sondern überall dort einsetzbar, wo mit einem konventionellen
Regelverfahren ein an eine Abgasführung angeschlossenes Heizgerät betrieben wird.
1. Verfahren zum Regeln eines insbesondere gas- oder ölbetriebenen Heizgeräts mit einem
Brenner, mit einer Abgasführung, mit einem Vor- und Rücklauf für das Heizwasser und
mit einem Steuergerät, durch das die Leistung des Heizgeräts in Abhängigkeit von der
Wärmeanforderung regelbar ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Bestimmung der minimalen Abgastemperatur an einem definierten Ort des Heizungssystems,
die notwendig ist, um die Abgastemperatur im Verlauf der Abgasführung (18) oberhalb
des Taupunktes zu halten,
Bestimmung von Brennerleistungs-Sollwerten für das Erreichen der minimal notwendigen
Abgastemperatur bei unterschiedlichen Vorlauftemperaturen,
Einsetzen der ermittelten Brennerleistungs-Sollwerte als untere Grenze für den Brennerleistungs-Regelbereich.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennerleistungs-Sollwerte
in Verbindung mit den zugehörigen Vorlauftemperaturen als Kennlinie im Steuergerät
(22) abgelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche minimal
notwendige Abgastemperaturen unterschiedliche Kennlinien im Steuergerät (22) abgelegt
werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Abgasführung (18)
notwendige Kennlinie am Heizgerät oder am Steuergerät (22) eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Kennlinien
durch ein mit dem Steuergerät (22) verbundenes Potentiometer (26) einstellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
korrigierte Brennerleistung durch eine kürzere Einschaltdauer und/oder längere Ausschaltdauer
des Brenners (10) ausgeglichen wird.
7. Heizgerät mit einem gas- oder Ölbetriebenen Brenner, mit einer Abgasabführung, mit
einem Vor- und Rücklauf für das Heizwasser und mit einem Steuergerät, durch das die
Leistung des Heizgeräts in Abhängigkeit von der Wärmeanforderung regelbar ist, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß im Steuergerät (22) mindestens eine die Brennerleistungs-Sollwerte in Verbindung
mit den zugehörigen Vorlauftemperaturen umfassende Kennlinie abgelegt ist.
8. Heizgerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein mit dem Steuergerät (22) verbundenes
Potentiometer, mit dem unterschiedliche Kennlinien wählbar sind.
1. Method for regulating a particularly gas-operated or oil-operated heating appliance,
with a burner, with waste-gas ducting, with forward and return flow for the heating
water and with a control unit, by means of which the power of the heating appliance
can be regulated as a function of the heat requirement, characterized by the following
method steps:
determination of the minimum waste-gas temperature at a specific location in the heating
system, this determination being necessary in order to keep the waste-gas temperature
above the dew point along the waste-gas ducting (18),
determination of burner-power desired values for reaching the minimum necessary waste-gas
temperature in the case of different forward-flow temperatures,
use of the determined burner-power desired values as the lower limit for the burner-power
regulating range.
2. Method according to Claim 1, characterized in that the burner-power desired values,
in conjunction with the associated forward-flow temperatures, are filed as a characteristic
curve in the control unit (22).
3. Method according to Claim 2, characterized in that different characteristic curves
are filed in the control unit (22) for different minimum necessary waste-gas temperatures.
4. Method according to Claim 3, characterized in that the characteristic curve necessary
for the waste-gas ducting (18) is set on the heating appliance or on the control unit
(22).
5. Method according to Claim 4, characterized in that the different characteristic curves
are set by means of a potentiometer (26) which is connected to the control unit (22).
6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the corrected
burner power is compensated by means of a shorter switch-on duration and/or longer
switch-off duration of the burner (10).
7. Heating appliance with a gas-operated or oil-operated burner, with waste-gas ducting,
with forward and return flow for the heating water and with a control unit by means
of which the power of the heating appliance can be regulated as a function of the
heat requirement, for carrying out the method according to one of the preceding claims,
characterized in that at least one characteristic curve comprising the burner-power
desired values, in conjunction with the associated forward-flow temperatures, is filed
in the control unit (22).
8. Heating appliance according to Claim 7, characterized by a potentiometer which is
connected to the control unit (22) and by means of which different characteristic
curves can be selected.
1. Procédé de régulation d'un appareil de chauffage (chaudière) brûlant notamment du
gaz ou du gasoil, comportant un brûleur, une conduite d'évacuation de fumées, une
arrivée et un retour d'eau chaude ainsi qu'un appareil de commande selon lequel on
règle la puissance de l'appareil de chauffage en fonction de la demande de chaleur,
caractérisé par
les étapes de procédés suivantes :
- on détermine la température minimale des fumées à un endroit définit du système
de chauffage, température qui est nécessaire pour que la température des gaz d'échappement
au cours de la sortie des gaz d'échappement (18) soit au-dessus du point de rosée,
- on détermine les valeurs de consigne de la puissance du brûleur pour atteindre la
température minimale nécessaire des fumées pour des températures d'avance différentes,
- on utilise les valeurs de consigne de la puissance du brûleur ainsi obtenues comme
limites inférieures de la plage de régulation de la puissance du brûleur.
2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'
on enregistre les valeurs de consigne de la puissance du brûleur en liaison avec les
températures correspondantes de la colonne montante comme courbes caractéristiques
d'un appareil de commande (22).
3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
pour des températures de fumées, minimales nécessaires, différentes, on enregistre
des courbes caractéristiques différentes dans l'appareil de commande (22).
4. Procédé selon la revendication 3,
caractérisé en ce qu'
on règle la courbe caractéristique nécessaire pour la conduite de fumées (18) sur
l'appareil de chauffage ou l'appareil de commande (22).
5. Procédé selon la revendication 4,
caractérisé en ce qu'
on établit les différentes courbes caractéristiques à l'aide d'un potentiomètre (26)
relié à l'appareil de commande (22).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'
on compense la puissance corrigée du brûleur par une durée de mise en oeuvre plus
courte et/ou une durée de coupure plus longue du brûleur (10).
7. Appareil de chauffage équipé d'un brûleur brûlant du gaz ou du gasoil, comprenant
une conduite de fumées, une conduite d'avance et une conduite de retour pour de l'eau
chaude sanitaire ainsi qu'un appareil de commande qui régule la puissance de l'appareil
de chauffage en fonction de la demande de chauffage, pour la mise en oeuvre du procédé
selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
l'appareil de commande (20) contient au moins une courbe caractéristique comprenant
la valeur de consigne de la puissance du brûleur en liaison avec les températures
de colonne montante correspondantes.
8. Appareil de chauffage selon la revendication 7,
caractérisé par
un potentiomètre relié à l'appareil de commande (22) et permettant de sélectionner
des courbes caractéristiques différentes.