Prüfstand für einen Wärmeerzeuger, insbesondere für gasbetriebene Durchlauferhitzer

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für einen Wärmeerzeuger mit einem Simulator für vorgebbare Daten der Einsatzumgebung, der in Abhängigkeit von diesen Daten einen am Wärmeerzeuger angeschalteten Heizkreis bedient, insbesondere für einen gasbetriebenen Durchlauferhitzer. Eine verbesserte Prüfung an wirklichkeitsähnlichere Einsatzumgebungen wird dadurch erreicht, dass am Simulator zusätzlich Daten für eine Luft-Abgas-Führung vorgebbar sind, dass am Wärmeerzeuger eine Luftzuführung und eine Abgasabführung angeschlossen sind und dass der Simulator in Abhängigkeit von den vorgegebenen Daten für die Luft-Abgas-Führung die zugeordneten Betriebsgrößen für die Luftzuführung und die Abgasabführung vorgibt.

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft einen Prüfstand für einen Wärmeerzeuger mit einem Simulator für vorgebbare Daten der Einsatzumgebung, der in Abhängigkeit von diesen Daten einen am Wärmeerzeuger angeschalteten Heizkreis bedient, insbesondere für einen gasbetriebenen Durchlauferhitzer.

[0002] Ein Prüfstand dieser Art ist in der Zeitschrift HLH Bd. 50 (1999) Nr. 10-Oktober, Seiten 54 bis 57 in dem Artikel "Optimierung von realen Wärmeerzeugern in simulierter Einsatzumgebung" von Armin Marko und Walter Lehr, Stuttgart beschrieben. Mit Hilfe der Simulation können für heutige und zukünftige Gebäude Wege aufgezeigt werden, wie eine Energieversorgung bei gleichzeitig verbesserter thermischer Behaglichkeit erreicht werden kann.

[0003] Allerdings werden bei der Simulation nur idealisierte Abbilder der Wirklichkeit verwendet, die Ergebnisse lassen sich in die Realität umsetzen und abprüfen.

[0004] In einer Emulation werden reale Anlagenkomponenten in ausgewählten simulierten Betriebszuständen betrieben. Dazu werden die in einer Echtzeitsimulation ermittelten virtuellen Zustände der Prüfumgebung in physikalische Größen umgewandelt (z.B. elektrische Steuersignale oder Heizwasserströme) und diese einer heiztechnischen Komponente (Regler o.ä.) zugeführt. Die Reaktion der realen Komponenten wird gemessen und als Information in das Simulationsmodell rückgemeldet.

[0005] Mit einem derartigen dynamischen Prüfstand bekannter Art werden als Simulationsdaten Gehäusetypen, Heizkreisausgestaltungen, Klimabedingungen, Nutzerverhalten und Betriebswerte der Heizungsanlage und des Heizwassers vorgegeben.

[0006] Der Emulations-Prüfstand lässt eine Prüfung im Labor für die verschiedensten Einsatzumgebungen zu, so dass der Wärmeerzeuger für beliebige dynamische Einsätze optimiert werden kann.

[0007] Es hat sich gezeigt, dass diese Art der Emulations-Prüfung die Einsatzumgebungen bis jetzt nur unvollkommen berücksichtigt.

[0008] Die Erfindung hat die Aufgabe, einen Prüfstand mit Simulator der eingangs erwähnten Art durch Einbeziehung weiterer für die Optimierung des Wärmeerzeugers maßgebender Einsatzumgebungen zu verbessern.

[0009] Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass am Simulator zusätzlich Daten für eine Luft-Abgas-Führung vorgebbar sind, dass am Wärmeerzeuger eine Luftzuführung und eine Abgasabführung angeschlossen sind und dass der Simulator in Abhängigkeit von den vorgegebenen Daten für die Luft-Abgas-Führung die zugeordneten Betriebsgrößen für die Luftzuführung und die Abgasabführung vorgibt.

[0010] Die Erkenntnis, dass der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers wesentlich auch von der Ausführung der Luft-Abgas-Führung abhängt, führt mit einer Luftzuführung und einer Abgasabführung im Prüfstand, deren Kopplung mit dem Wärmeerzeuger und dem Zusammenspiel mit dem Simulator zu einer Emulations-prüfung, die den realen Einsatzumgebungen des Wärmeerzeugers noch wesentlich beser angepasst ist und daher zu einer weiteren Optimierung des Wärmeerzeugers genutzt werden kann.

[0011] So kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass als Daten für den Simulator und damit die Luftzuführung raumluftunabhängige und/oder raumluftabhängige Werte der Luftführung (wie Schornstein mit Mehr- oder Einfachbelegung oder Daten der Raumluft, Außenluft oder Druckluft der zugeführten Luft) vorgebbar sind, sowie dass als Daten für die Abgasabführung unterschiedliche Druckwerte vorgebbar sind, die den Druckbereich von Zug bis Rückstau abdecken.

[0012] Ist weiterhin vorgesehen, dass die virtuellen Simulationswerte des Simulators über einen Umwandler dem Wärmeerzeuger als physikalische Größen zuführbar sind, dann kann auch bei dem erweiterten Prüfstand die Prüfung in gleicher Weise wie bei dem bekannten Prüfstand ablaufen.

[0013] Unterschiedliche Ausgestaltungen der Luft-Abgas-Führung lassen sich auf einfache Weise in die Emulations-Prüfung einbeziehen.

[0014] Die Prüfung läuft in der Regel so ab, dass der Test in Prüfschritten durchführbar ist, wobei die Reaktion des Wärmeerzeugers auf die Simulationswerte abgewartet und die Reaktionswerte an den Simulator zurückführbar sind und dass im folgenden Prüfschritt neben den vorgegebenen Simulationswerten auch die Reaktionswerte des Wärmeerzeugers berücksichtigt sind.

[0015] Für die Auslegung der Luftzuführung bei üblichen Wärmeerzeugern bei gasbeheizten Durchlauferhitzern ist nach einer Ausführung für die Temperatur der Luft vorgesehen, dass die von der Luftzuführung dem Wärmeerzeuger zuführbare konditionierte Luft in einem vorgegebenen Temperaturbereich (z.B. -25 bis +50° C) mit einer ausreichenden Genauigkeit (z.B. +/- 0,5° C) mit einer ausreichend schnellen Dynamik (z.B. 3K/min. bei Abkühlung und 10K/min. bei Aufheizung) lieferbar ist.

[0016] Bei dem Feuchtgehalt ist der Einstellbereich so vorgegeben, dass die von der Luftführung dem Wärmeerzeuger zuführbare Luft im vorgesehenen Temperaturbereich mit einem Feuchtegehalt von 20 bis 95 % mit einer Genauigkeit von +/- 3 % und einer Dynamik von 0,5 g/kg, min. abgebbar ist und schließlich für den Druck, dass ein Druck an der Anschlussstelle der Luftführung am Wärmeerzeuger einen Einstellbereich von -100 Pa bis +20 Pa umfasst, dass der eingestellte Wert eine Genauigkeit von +/- 10 Pa aufweist, und dass die Druckdynamik mit 50 Pa/15 sec. gewählt ist.

[0017] Der Massenstrom der Luftführung ist von 0 bis 70 kg Trockenluft/h einstellbar, der mit einer Dynamik von 0 auf 35 kg/h in 1,5 sec. zuführbar ist.

[0018] Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0019] Der Prüfstand umfasst einen Simulator 11, dem Daten 20 zuführbar sind, die eine von auswählbaren Einsatzumgebungen wiedergeben und neben Gebäudetyp, Heizkreisauslegung, Klimawerte, Nutzerverhalten, Betriebsdaten nunmehr auch die Vorgabe von Daten der Luft-Abgas-Führung enthalten. Alle Daten 20 dienen zur Darstellung einer ganz bestimmten Einsatzumgebung und werden als physikalische Größen über einen Umwandler 12 dem zu prüfenden Wärmeerzeuger 10, sowie einem virtuellen Heizkreis 13 zugeführt, der über einen Rücklauf 16 und einem Vorlauf 17 mit dem Wärmeerzeuger 10 verbunden ist und für dessen Versorgung mit einem Massenstrom an Heizwasser mit einer Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich dient.

[0020] Insofern entspricht der Aufbau des Prüfstandes dem Stand der Technik. Dem Wärmeerzeuger 10 ist erfindungsgemäß jedoch zusätzlich eine Luftzuführung 14 und eine Abgasabführung 15 zugeordnet. Über die Luftzuführung 14 kann der Simulator 11 Temperatur, Feuchte, Massenstrom und Druck der dem Wärmeerzeuger 10 zuführbaren Luft vorgeben. Dabei wird die Reaktion in der Abgasführung 15 ausgewertet und in den folgenden Prüfschritten berücksichtigt werden. Wie die Pfeile an der Luftzuführung 14 und der Abgasabführung 15 zeigen, können diese Einrichtungen mit dem Simulator 11 im Informationsaustausch stehen. Dasselbe gilt auch für den virtuellen Heizkreis 13 und den Simulator 11. Zur Verarbeitung der Informationen und Daten sind, wie beim Stand der Technik, Signalverarbeitungseinheiten und Messwertkontrolleinheiten einbezogen, die mit dem Simulator 11 mit seinem Rechner zusammenarbeiten. Für die Prüfung handelsüblicher Wärmeerzeuger, insbesondere für gasbeheizte Durchlauferhitzer, muss die Luftzuführung 14 ausreichende Einstellmöglichkeiten aufweisen, wie sie in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt sind.

Größe	Einstellbereich	Genauigkeit	Dynamik
Temperatur	-25...+50°C	+/-0,5 °C	3K/min bei Abkühlung 10K/min bei Aufwärmung
Relative Feuchte	+20%...95% im Temperaturbereich 10...40 °C	+/-3%	0,5 g/kg,min
oder
	1-45 g/kg
Absolute Feuchte		+/-0,5 g/kg
Druck an der Anschlußstelle	Umgebung -100 Pa bis Umgebung +20 Pa	Einstellgenauigkeit +/- 10 Pa. Stoßschwankungen sollten 1 Pa nicht überschreiten	50 Pa/15 s
Massenstrom am Anschluß	0...70 kg,tr.Luft/h (wird bestimmt vom Betriebszustand der angeschlossenen Gasfeuerstätte)		von 0 auf 35 kg/h in 15s

Ansprüche

1. Prüfstand für einen Wärmeerzeuger mit einem Simulator für vorgebbare Daten der Einsatzumgebung, der in Abhängigkeit von diesen Daten einen am Wärmeerzeuger angeschalteten Heizkreis bedient, insbesondere für einen gasbetriebenen Durchlauferhitzer,
dadurch gekennzeichnet,

dass am Simulator (11) zusätzlich Daten für eine Luft-Abgas-Führung vorgebbar sind,

dass am Wärmeerzeuger (10) eine Luftzuführung (14) und eine Abgasabführung (15) angeschlossen sind und

dass der Simulator (11) in Abhängigkeit von den vorgegebenen Daten für die Luft-Abgas-Führung die zugeordneten Betriebsgrößen für die Luftzuführung (14) und die Abgasabführung (15) vorgibt.

2. Prüfstand nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Daten für den Simulator (11) und damit die Luftzuführung (14) raumluftunabhängige und/oder raumluftabhängige Werte der Luftführung (wie Schornstein mit Mehr- oder Einfachbelegung oder Daten der Raumluft, Außenluft oder Druckluft der zugeführten Luft) vorgebbar sind.

3. Prüfstand nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Daten für die Abgasabführung (15) unterschiedliche Druckwerte vorgebbar sind, die den Druckbereich von Zug bis Rückstau abdecken.

4. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die virtuellen Simulationswerte des Simulators (11) über einen Umwandler (12) dem Wärmeerzeuger (10) als physikalische Größen zuführbar sind.

5. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

dass der Test in Prüfschritten durchführbar ist, wobei die Reaktion des Wärmeerzeugers (10) auf die Simulationswerte abgewartet und die Reaktionswerte an den Simulator (11) zurückführbar sind und

dass im folgenden Prüfschritt neben den vorgegebenen Simulationswerten auch die Reaktionswerte des Wärmeerzeugers (10) berücksichtigt sind.

6. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von der Luftzuführung (14) dem Wärmeerzeuger (10) zuführbare konditionierte Luft in einem vorgegebenen Temperaturbereich (z.B. -25 bis +50° C) mit einer ausreichenden Genauigkeit (z.B. +/- 0,5° C) mit einer ausreichend schnellen Dynamik (z.B. 3K/min. bei Abkühlung und 10K/ min. bei Aufheizung) lieferbar ist.

7. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die von der Luftführung (14) dem Wärmeerzeuger (10) zuführbare Luft im vorgesehenen Temperaturbereich mit einem Feuchtegehalt von 20 bis 95 % mit einer Genauigkeit von +/- 3 % und einer Dynamik von 0,5 g/kg, min. abgebbar ist.

8. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,

dass ein Druck an der Anschlussstelle der Luftführung (14) am Wärmeerzeuger (10) einen Einstellbereich von -100 Pa bis +20 Pa umfasst,

dass der eingestellte Wert eine Genauigkeit von +/- 10 Pa aufweist, und

dass die Druckdynamik mit 50 Pa/15 sec. gewählt ist.

9. Prüfstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Luftführung (14) auf einen Massenstrom von 0 bis 70 kg Trockenluft/h einstellbar ist, der mit einer Dynamik von 0 auf 35 kg/h in 1,5 sec. zuführbar ist.

Zeichnung