Die Erfindung betrifft eine Gasheizeinrichtung und ein Verfahren zur Einstellung der Drehzahl eines Gebläses einer Gasheizeinrichtung, wie insbesondere einer Gastherme, gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 und 11.
Bei modulierenden Gasthermen, d.h. Gasthermen, bei denen die von der Therme abzugebende Wärmemenge in Form von Warmwasser eingestellt bzw. geregelt werden kann, ist es notwendig, über den gesamten Belastungsbereich bzw. den Bereich einstellbarer Gasdurchflüsse eine optimale Luftzahl einzustellen, bei der die Emissionen möglichst niedrig sind. Bei gebläseunterstützten Gasthermen kann die Luftzahl, d.h. die Menge der durch das Gebläse zugeführten Luft, so eingestellt werden, daß sich ein Wirkungsgrad einstellt, der möglichst hoch ist. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der Wirkungsgrad nicht zu hoch eingestellt wird, da ansonsten eine Kondensation der Abgase eintritt, die zu Schäden durch Korrosion in der Gastherme und/oder im angeschlossenen Luft-Abgas-System führen kann. Dazu wird bei bekannten gebläseunterstützten Gasthermen die Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit vom Gasdurchfluß in geeigneter Weise geregelt. Im Labor wird vorab eine optimierte Gebläsekennlinie für die maximal mögliche Länge des Luft-Abgas-Systems festgelegt und die Drehzahl des Gebläses der Gastherme wird entsprechend dieser Kennlinie in Abhängigkeit von dem konkreten Gasdurchfluß eingestellt.
Da jedoch beim Endkunden unterschiedliche Längen des Luft-Abgas-Systems mit der Abgastherme installiert werden, entspricht der Druckverlust des Luft-Abgas-Systems nicht der mit dem Auslieferungszustand eingestellten maximal möglichen Länge des Luft-Abgas-Systems. Weicht also die Länge des Luft-Abgas-Systems, das bei dem Endkunden installiert worden ist, von der maximal möglichen Länge des Systems ab, was die Regel ist, ist die Luftzahl der Verbrennung nicht mehr optimal. Daher ist es bislang nötig, daß beim Endkunden spezielle Maßnahmen zur Optimierung für das konkret vorliegende Luft-Abgas-System ergriffen werden, wobei die vorgenannten Randbedingungen zu beachten sind.
Für die Optimierung sind mehrere Verfahren bekannt. So werden beispielsweise dem Bausatz des Luft-Abgas-Systems Abgasdrosselblenden beigelegt, die der Installateur bei der Installation montieren muß. In der Praxis wird dies jedoch oft vergessen. Eine Kontrolle, ob die Blenden richtig eingebaut worden sind, ist nach der Montage der Therme und der Luft-Abgas-Führung aufwendig und auch nur dann möglich, wenn das Luft-Abgas-System teilweise wieder demontiert wird.
Bei einem anderen Verfahren wird der Strömungswiderstand des Luft-Abgas-Systems mittels einer einstellbaren Blende, wie z.B. im Abgaskrümmer der Gastherme, eingestellt. Eine Blende, deren Strömungsquerschnitt einstellbar ist, ist aus der DE 197 11 687 A1 bekannt. Eine solche Blende ist konstruktiv sehr aufwendig und damit teuer.
Eine weitere bekannte Vorgehensweise besteht darin, die Gebläsedrehzahl des Gebläses einer Gastherme langsam zu erhöhen, bis ein Schaltpunkt eines Luftdruckwächters erreicht wird. Die Drehzahl im Schaltpunkt des Druckwächters wird dann in einer Regelung verrechnet und hieraus wird eine Drehzahlkennlinie bestimmt. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da eine Vielzahl von Einflüssen, wie z.B. Bauteiltoleranzen, Temperatureinflüsse oder Undichtigkeiten einer Unterdruckkammer das Ergebnis verfälschen. Daher wird in der Praxis oft nicht die richtige Luftzahl eingestellt. Zudem ist eine Korrektur der Luftzahl der Gastherme vor Ort kaum noch möglich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Gasheizvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung anzugeben, die bzw. das in einfacher Weise erlaubt, die Luftzahl unter Berücksichtigung des konkret beim Endkunden vorliegenden Luft-Abgas-Systems zu optimieren.
Die vorliegende Aufgabe wird durch die Gasheizvorrichtung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 und durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch 11 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den den unabhängigen Patentansprüchen zugeordneten abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, in oder an der Gasheizvorrichtung einen elektronischen Speicher vorzusehen, der mehrere Soll-Kennlinien oder einige Werte dieser Soll-Kennlinien für die Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit von der Belastung und/oder des Gasdurchflusses der Gasheizvorrichtung für unterschiedliche Längen der Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung speichert. Diese Soll-Kennlinien bzw. deren Werte werden im Labor ermittelt und in dem Speicher abgelegt. Nach der Installation der Gasheizvorrichtung und der zugehörigen Zuluftund/oder Abgas(rohr)-Leitung durch den Installateur beim Endkunden wird von dem Installateur die konkrete Länge der zu berücksichtigenden Leitung bzw. der Leitungen gemessen und in eine in oder an der Gasheizvorrichtung vorgesehene Eingabevorrichtung eingegeben. In Abhängigkeit von der durch den Installateur eingegebenen Länge wird die im Speicher abgelegte Soll-Kennlinie für die entsprechende Länge bzw. eine der eingegebenen Länge nahekommende Länge als Soll-Kennlinie für die konkrete Installation beim Endkunden verwendet. Auf der Basis dieser Soll-Kennlinie bzw. den Werten einer solchen Kennlinie wird ein Vergleich zwischen der tatsächlichen Gebläsedrehzahl des Gebläses der beim Kunden installierten Gasheizvorrichtung und dem Soll-Wert entsprechend dieser durch die Eingabe der konkreten Länge ausgewählten Soll-Kennlinie durchgeführt. Weicht die Ist-Gebläsedrehzahl von der Soll-Drehzahl ab, so erkennt dies eine Vergleichseinrichtung und steuert eine Regelung für das Gebläse derart an, daß dieses seine Drehzahl der Soll-Gebläsedrehzahl anpaßt und sich die optimale Luftzahl selbsttätig einstellt. Bei einer solchen Regelung kann es sich beispielsweise um einen Thyristor-Steller handeln.
Ein weiterer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, in dem Speicher mehrere der genannten Soll-Kennlinien bzw. zugehörige Werte abzulegen, wobei im Auslieferungszustand der Gasheizvorrichtung eine dieser Soll-Kennlinien bzw. der Kennlinie entsprechende Werte als Vergleichsmaßstab für den Vergleich der Ist-Gebläsedrehzahl mit der Soll-Gebläsedrehzahl herangezogen wird. Durch diese werkseitige Voreinstellung einer Soll-Kennlinie für den Auslieferungszustand der Gasheizvorrichtung wird erreicht, daß auch dann, wenn der Intallateur nach der Montage der Gasheizvorrichtung vergessen sollte, die konkrete Länge der beim Endkunden vorliegenden Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung einzugeben, eine Beschädigung der Gasheizvorrichtung bzw. der Abgasleitung verhindert wird. Vergißt der Installateur die Eingabe der konkreten Länge der Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung und damit die elektronische Rohrlängenanpassung, so sind die Abgastemperaturen niedriger als in dem Fall, in dem der Installateur beim bekannten Stand der Technik vergißt, die mechanischen Abgasdrosselblenden bei kurzen Rohrlängen richtig anzupassen, da die Drehzahl des Abgasventilators bzw. des Gebläses auf einen niedrigeren mittleren Wert unter Heranziehung der im Auslieferungszustand voreingestellten Soll-Kennlinie eingestellt wird. Mögliche Schäden sind dann wesentlich geringer.
Vorzugsweise handelt es sich bei der werkseitig, im Auslieferungszustand vorab eingestellten Soll-Kennlinie um eine Kennlinie für eine Länge der Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung, die eine Länge aufweist, die etwa in der Mitte zwischen einer zulässigen Minimal-Länge und einer zulässigen Maximal-Länge liegt. Beträgt die zulässige Minimal-Länge beispielsweise 1 m und die zulässige Maximal-Länge etwa 5 m, so würde vorzugsweise eine Soll-Kennlinie für die Gebläsedrehzahl in Abhängigkeit von der Belastung bzw. dem Gasdurchfluß der Gasheizvorrichtung ausgewählt werden, die der Soll-Kennlinie für eine Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung von etwa 3 m entspricht. In der Praxis ist die Abweichung der Gebläsedrehzahl von diesem erfindungsgemäß auf den Mittelwert einer Länge für die Zuluft- und/oder Abgas(rohr)-Leitung voreingestellten Soll-Kennlinie etwa nur halb so hoch, typischerweise +/- 10%, wie bei der bekannten Voreinstellung, bei der die Soll-Gebläsedrehzahl für die maximal zulässige Länge des Abgasrohrs werkseitig im Auslieferungszustand eingestellt wird, hier typischerweise + 20%, und der Installateur keine oder eine falsche Abgasdrosselblende montiert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
In Fig. 1 sind Gebläsekennlinien für das Zuluft-Gebläse (nicht dargestellt) einer modulierenden Gasheizvorrichtung (nicht dargestellt), einer Gastherme, angegeben. Auf der X-Achse ist die Belastung bzw. der Gasdurchfluß durch die Gasheizvorrichtung in Prozent aufgetragen. Auf der Y-Achse sind die Gebläsedrehzahlen der Gasheizvorrichtung pro Minute angegeben. In das entsprechende Koordinatensystem 1 ist eine erste Kennlinie 2, eine zweite Kennlinie 3, eine dritte Kennlinie 4, eine vierte Kennlinie 5 und eine fünfte Kennlinie 6 angegeben. Die erste Kennlinie 2 zeigt die Soll-Gebläsedrehzahl für die konkrete Gasheizvorrichtung als Funktion der Belastung bzw. des Gasdurchflusses durch die Gasheizvorrichtung für Gasdurchflüsse bzw. Belastungen von 0% bis 110% und stellt eine im Labor ermittelte optimale Gebläsekennlinie für die betreffende Gasheizvorrichtung und eine Abgas(rohr)-Leitung mit einer Länge von im dar. Für einen optimalen Betrieb der betreffenden Gasheizvorrichtung mit einer Zuluft- und/oder Abgasrohrlänge von 1 m ist entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Gebläsekennlinien vorgesehen, das Gebläse der betreffenden Gasheizvorrichtung bei einem Gasdurchfluß zwischen 0% und 40% mit einer Drehzahl von etwa 1.300 Umdrehungen pro Minute zu betreiben. Im Bereich von 40% bis 65% des Gasdurchflusses soll die Drehzahl für einen optimalen Betrieb von etwa 1.300 Umdrehungen pro Minute linear bis auf etwa 1.680 Umdrehungen pro Minute ansteigen. Im Bereich von ca. 65% bis etwa 100% des Gasdurchflusses soll die Drehzahl des Gebläses auf etwa 1.850 Umdrehungen pro Minute ansteigen und bleibt bei einer Überlast im Bereich von 100% bis 110% des Gasdurchflusses weitgehend konstant. Die Soll-Kennlinie 3 zeigt eine im Labor optimierte Kennlinie für eine Abgasrohrlänge von 2m, die Kennlinie 4 gilt für eine Abgasrohrlänge von 3m, die Kennlinie 5 gilt für eine Abgasrohrlänge von 4m und die Kennlinie 6 gilt schließlich für eine Abgasrohrlänge von 5m.
Die Soll-Gebläsekennlinien 3, 4, 5 und 6 sind in der vorstehenden Reihenfolge jeweils von Kennlinie zu Kennlinie entlang der Y-Achse gegenüber der beschriebenen Kennlinie 2 nach oben verschoben. Der Verlauf der Kennlinien 3, 4, 5 und 6 entspricht jedoch grob dem Verlauf der beschriebenen Kennlinie 2.
So beträgt die Soll-Gebläsedrehzahl für die Soll-Kennlinie 3 bei einem Gasdurchfluß von 0% etwa 1.400 Umdrehungen pro Minute, und bei einem Gasdurchfluß von 100% etwa 2.000 Umdrehungen pro Minute. Bei der Soll-Kennlinie 4 sollen für 0% etwa 1.550 Umdrehungen pro Minute, für 100% des maximalen Gasdurchflusses etwa 2.200 Umdrehungen pro Minute eingestellt werden. Für die Soll-Kennlinie 5 gelten bei 0% etwa 1.680 Umdrehungen pro Minute und für 100% etwa 2.400 Umdrehungen pro Minute.
Schließlich sind es für die Soll-Kennlinie 6 bei 0% etwa 1.800 Umdrehungen und für 100% etwa 2.600 Umdrehungen pro Minute.
Diese Kennlinien bzw. einige oder alle Werte dieser Kennlinien werden in einem Speicher (nicht dargestellt), der in oder an der Gasheizvorrichtung vorgesehen ist, gespeichert. Es versteht sich, daß die in Fig. 1 dargestellten Gebläsekennlinien natürlich von der konkreten Gasheizvorrichtung, dem Querschnitt des Abgasrohrs und dem Gebläse abhängen und hier nur beispielhaft dargestellt sind.
Ferner ist in der Gasheizvorrichtung eine Einrichtung zur Einstellung des Gasdurchflusses durch die Gasheizvorrichtung bzw. eine Einrichtung zur Einstellung der Belastung der Gasheizvorrichtung (nicht dargestellt), eine elektronische Regelung (nicht dargestellt), wie ein Thyristor-Steller, zur Einstellung der Drehzahl des Gebläses, eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahl des Gebläses (nicht dargestellt), und eine Einrichtung zum Vergleich der Ist-Gebläsedrehzahl mit der Soll-Kennlinie für die betreffende Abgasrohrlänge, entsprechend Fig. 1, vorgesehen.
Während des Betriebs der erfindungsgemäßen Gasheizvorrichtung ermittelt die Einrichtung zur Ermittlung der Drehzahl des Gebläses der Gasheizvorrichtung die aktuelle Drehzahl des Gebläses und gibt eine dieser Drehzahl entsprechende Information an eine Soll-/Ist-Wert-Vergleichseinrichtung ab. Die Gasdurchfluß-Einstelleinrichtung der Gasheizvorrichtung stellt den notwendigen Gasdurchfluß ein. Die Ist-Drehzahl des Gebläses wird im Auslieferungszustand der Soll-Drehzahl entsprechend der werkseitig voreingestellten Kennlinie 4 für die konkrete Belastung bzw. den konkreten Gasdurchfluß angeglichen. Ändert sich die Belastung bzw. der Gasdurchfluß, so wird die Gebläsedrehzahl in der geschilderten Weise der entsprechenden Soll-Drehzahl auf der Kennlinie 4 angepaßt.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gasheizvorrichtung dargestellt. Das Blockschalcbild einer Gasheizvorrichtung 20 zeigt eine Temperatur-Vergleichseinrichtung 32, einen einen Modulationsstrom erzeugenden Temperaturregler 31, eine elektrisch regelbare Gasarmatur bzw. ein Gasventil 30, einen Brenner/Wärmetauscher 29, eine Speicher- und Vergleichseinrichtung 28, eine Drehzahl-Vergleichseinrichtung 42, einen Gebläseregler 41 und ein Gebläse 40.
Über einen Soll-Temperatur-Eingang 33 wird die Soll-Temperatur an der Temperatur-Vergleichseinrichtung 32 eingestellt. Am Brenner/Wärmetauscher 29 ist eine Ist-Wert-Temperaturmeßeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, die die Meßgröße 39 der Ist-Temperatur am Brenner/Wärmetauscher 29 einem Ist-Temperatur-Eingang 34 der Temperatur-Vergleichseinrichtung 32 zuführt. In Abhängigkeit des von der Temperatur-Vergleichseinrichtung 32 durchgeführten Vergleichs der Soll-Temperatur mit der Ist-Temperatur wird dem Temperaturregler 31 über einen Ausgang 35 der Temperatur-Vergleichseinrichtung 32 ein der Temperaturdifferenz adäquates Differenzsignal zugeführt. Am Ausgang 36 des Temperaturreglers 31 gibt dieser einen Modulationsstrom ab, der im Falle eines zu niedrigen Ist-Temperaturwertes erhöht und im Falle eines zu hohen Ist-Temperaturwertes verringert wird. Der den Modulationsstrom abgebende Ausgang 36 des Temperaturreglers 31 ist mit dem Eingang der elektrisch regelbaren Gasarmatur verbunden, die ein Gasventil aufweist, das sich im Fall eines ansteigenden Modulationsstroms weiter öffnet und im Fall eines sich verringernden Modulationsstroms entsprechend schließt bzw. die dem Brenner/Wärmetauscher 29 zugeführte Gasmenge erhöht oder verringert. Der von dem Temperaturregler 31 an seinem Ausgang 36 abgegebene Modulationsstrom wird zudem der Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 zugeführt. Die Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 weist einen elektronischen Speicher, vorzugsweise ein EEPROM, auf. In dem elektronischen Speicher sind die einer ersten Soll-Kennlinie 21, einer zweiten Soll-Kennlinie 22, einer dritten Soll-Kennlinie 23, einer vierten Soll-Kennlinie 24 und einer fünften Soll-Kennlinie 25 entsprechenden Wertepaare gespeichert. Die Soll-Kennlinien 21-25 geben die Soll-Gebläsedrehzahl des Gebläses 40 als Funktion des von dem Temperaturregler 31 zur Ansteuerung der Gasarmatur 30 abgegebenen Modulationsstroms an. Letztendlich geben also auch die in Fig. 2 dargestellten Soll-Kennlinien die Soll-Gebläsedrehzahl als Funktion des Gasflusses zum Brenner der Gasheizvorrichtung an. Die Soll-Kennlinie 21 zeigt eine im Labor optimierte Kennlinie für eine Abgasrohrlänge von 1m, die Kennlinie 22 gilt für eine Abgasrohrlänge von 2m, die Kennlinie 23 gilt für eine Abgasrohrlänge von 3m, die Kennlinie 24 für eine Abgasrohrlänge von 4m und die Kennlinie 25 schließlich für eine Abgasrohrlänge von 5m in Analogie zu den in Fig. 1 dargestellten Soll-Kennlinien für die Gebläsedrehzahl als Funktion des Gasflusses zum Brenner der Gasheizvorrichtung.
Die Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 erfaßt den ihr über die Leitung 37 am Ausgang des Temperaturreglers 31 abgegebenen Modulationsstrom und ermittelt im Auslieferungszustand der Gasheizvorrichtung anhand der der Soll-Kennlinie 23 für eine Abgasrohrlänge von 3m zugeordneten Wertepaare die dem erfaßten Modulationsstrom entsprechende Soll-Gebläsedrehzahl (vgl. die Y-Achse, die die Soll-Gebläsedrehzahl in Umdrehungen pro Minute und die X-Achse, die den Modulationsstrom in mA zeigt). Die Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 führt einen Vergleich des erfaßten bzw. gemessenen Modulationsstroms mit den in ihr gespeicherten Wertepaaren für den Modulationsstrom durch, im Auslieferungszustand der Gasheizvorrichtung auf der Grundlage der voreingestellten Soll-Kennlinie 23, und gibt ein Signal, wie eine Spannung oder einen Strom, an ihrem Ausgang ab, das der dem konkret erfaßten Modulationsstrom entsprechenden Soll-Gebläsedrehzahl entspricht. Das von der Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 abgegebene Soll-Signal wird einem Soll-Gebläsedrehzal-Eingang 43 der Drehzahl-Vergleichseinrichtung 42 als Soll-Größe zugeführt. An dem Gebläse 40 ist eine Meßeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen, die die Ist-Drehzahl des Gebläses 40 erfaßt bzw. mißt. Die Meßgröße 47 der Ist-Drehzahl des Gebläses 40 wird dem Ist-Gebläsedrehzahl-Eingang 44 der Drehzahl-Vergleichseinrichtung 42 zugeführt. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis zwischen Soll-Gebläsedrehzahl und Ist-Gebläsedrehzahl gibt die Drehzahl-Vergleichseinrichtung 42 an ihrem Ausgang 45 ein Ausgangssignal, wie eine Spannung oder einen Strom ab, das das Ergebnis des Vergleiches repräsentiert und den Gebläseregler 41 ansteuert. Bei dem Gebläseregler 41 kann es sich beispielsweise um einen Thyristor-Steller handeln. Der Ausgang 46 des Gebläsereglers 41 ist mit dem Gebläse 40 elektrisch verbunden und veranlaßt das Gebläse 40, seine Drehzahl der von der Speicher- und Vergleichseinrichtung 28 festgelegten Soll-Drehzahl auf der Grundlage der herangezogenen Soll-Kennlinie bzw. entsprechender Wertepaare anzugleichen.
Es versteht sich wiederum, daß die in Fig. 2 angegebenen Werte für die Soll-Gebläsedrehzahl als Funktion des Modulationsstroms zur Steuerung der Gasarmatur nur beispielhaft angegeben sind und von den konkret verwendeten Komponenten der erfindungsgemäßen Gasheizvorrichtung abhängen.
Es ist vorgesehen, daß der die Gasheizvorrichtung und das Abgasrohr montierende Installateur die Länge des Abgasrohrs ausmißt und nach der Installation in die erfindungsgemäße Gasheizvorrichtung über eine Eingabevorrichtung (nicht dargestellt) eingibt. Weicht die vom Installateur gemessene Länge des Abgasrohrs von der im Auslieferungszustand voreingestellten Abgasrohrlänge von 3m ab, so wird die dem eingegebenen Wert der Abgasrohrlänge nahekommende Rohrlänge bzw. die entsprechende Soll-Gebläsekennlinie in analoger Weise zur Anpassung der Ist-Drehzahl des Gebläses an die Soll-Drehzahl des Gebläses herangezogen.