[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur adaptiven Heizungsmodualtionssperrzeitsteuerung
gemäß dem einleitenden Teil der unabhängigen Ansprüche.
[0002] Bekannte Wandheizgeräte werden häufig in den ersten Minuten mit der kleinsten möglichen
Teillast betrieben, um lange Betriebszeiten zu gewährleisten und taktenden Betrieb
zu vermeiden. In dieser sogenannten Heizungsmodulationssperrzeit wird der tatsächliche
Wärmebedarf ignoriert und stattdessen das Gerät mit Minimallast betrieben. Die Minimallast
entspricht der minimal zulässigen Belastung, die sich aus den Rahmenbedingungen für
einen stabilen und schadstoffarmen Brennerbetrieb (Vermeidung von Abheben und Rückzünden
beim Betrieb mit Grenzgasen) ergeben. Nachteil dieses Verfahren ist, dass bei hohem
tatsächlichem Wärmebedarf diesem erst mit entsprechender zeitlicher Verzögerung entsprochen
wird, was zu Komforteinbußen führt.
[0003] Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und eine frühzeitige, bedarfsgerechte
Leistungsanpassung bei gleichzeitig langen Betriebszeiten zu gewährleisten.
[0004] Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgeräts
gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Durch die vorgeschlagenen
Maßnahmen wird eine wärmebedarfsgerechte Heizungsmodulationssperrzeit ermöglicht.
[0005] Durch die Merkmale des Anspruches 2 ergibt sich der Vorteil, dass der Aufheizvorgang
und die damit verbundene Veränderung der Temperatur des Heizsystems während der Startphase
bei der Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit berücksichtigt wird.
[0006] Durch die Merkmale des Anspruches 3 ergibt sich der Vorteil, dass lediglich eine
Messung während der Startphase zur Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit notwendig
ist.
[0007] Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 ergibt sich in eigenständig erfinderischen Weise
ein vereinfachtes Verfahren, bei dem die Heizungsmodulationssperrzeit nicht kontinuierlich,
sondern schrittweise verändert wird.
[0008] Durch die Merkmale des Anspruches 5 ergibt sich der Vorteil, dass bei dem vereinfachten
Verfahren gemäß Anspruch 4 der Aufheizvorgang und die damit verbundene Veränderung
der Temperatur des Heizsystems während der Startphase bei der Festlegung der Heizungsmodulationssperrzeit
berücksichtigt wird.
[0009] Durch die Merkmale des Anspruches 6 ergibt sich der Vorteil, dass bei dem vereinfachten
Verfahren gemäß Anspruch 4 lediglich eine Messung während der Startphase zur Festlegung
der Heizungsmodulationssperrzeit notwendig ist.
[0010] Der Modulationssollwert MSW ist ein Maß für die erforderliche Heizleistung und gibt
einen entsprechenden Sollwert vor. Das Maximum entspricht der Nennlast, das Minimum
der Minimallast. Der Modulationssollwert MSW errechnet sich wie folgt:

Hierbei sind C
1, C
2, und C
3 Konstanten, die zumeist im Laborbetrieb für den vorteilhaften Betrieb ermittelt werden
müssen. T
Soll ist die Solltemperatur des Heizkreislaufs, T
Ist die momentane Temperatur des Heizkreislaufs, wobei es sich sowohl um eine Vorlauf-,
als auch Rücklauftemperaturregelung handeln kann. I
Σ ist die Summe der Regelabweichungen des PI-Reglers.

[0011] Eine Veränderung der Taktrate beim Ermitteln der Regelabweichung bedingt eine entsprechende
Veränderung der Konstanten.
[0012] Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Heizgerätes, mit dem das erfindungsgemäße
Verfahren durchgeführt werden kann,
Fig. 2 den Verlauf des Modulationswertes,
Fig. 3 ein Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren,
Fig. 4 einen möglichen Zusammenhang zwischen dem durchschnittlichen Modualtionssollwert
und der Heizungsmodualtionssperrzeit,
Fig. 5 beispielhaft den zeitlichen Verlauf des Modulationssollwertes und des Modulationsvorgabewertes
sowie die Messpunkte zur Bestimmung der Heizungsmodualtionssperrzeit und
Fig. 6 ein weiteres Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
[0013] In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Heizgerätes, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren angewendet wird, dargestellt. Das Heizgerät 27 verfügt über einen Brenner
14, der mit einem Gebläse 16 verbunden ist. Auf der Saugseite 29 des Gebläses 16 befinden
sich ein Lufteinlaß 18 und eine Gasarmatur 17, die wiederum an einen Gasanschluß 19
angeschlossen ist. Der Brenner 14 befindet sich in einem Brennraum 28, der durch einen
Wärmeaustauscher 15 von einem Abgasaustritt 30 getrennt ist. Der Wärmeaustauscher
ist auf der einen Seite mit einer Rücklaufleitung 23 und auf der anderen Seite mit
einer Vorlaufleitung 22 verbunden. In der Vorlaufleitung 22 befindet sich ein Temperatursensor
24, der wiederum mit einem Regelgerät 21 verbunden ist. Dieses Regelgerät 21 verfügt
über ein Speichermodul 25 und ein Rechenmodul 26. Die Regelung 21 ist mit einem Motor
20, der das Gebläse 16 antreibt, einer Zündelektrode 31 und einer Überwachungselektrode
32 unmittelbar am Brenner 14 verbunden.
[0014] Beim Start des Heizgerätes steuert zunächst das Regelgerät 21 den Motor 20 des Gebläses
so an, dass das Gebläse einen definierten Volumenstrom fördert. Die Gasarmatur 17
paßt einen bestimmten Brenngasstrom über ihren integrierten Gas-Luft-Verbund an den
Volumenstrom, den das Gebläse 16 fördert, an. Dieser Brenngasstrom ist kleiner als
der Brenngasstrom bei Nennlast und größer als der Brenngasstrom bei Minimallast. Die
Regelung 21 veranlaßt, dass ein Funken zwischen den Elektroden der Zündelektrode 31
das Brenngas-Luft-Gemisch, das aus dem Brenner 31 austritt, zündet. Sobald die Überwachungselektrode
31 die Flamme erkennt, reduziert die Regelung 21 die Gebläsedrehzahl soweit, bis die
Gasarmatur 17 den minimal zulässigen Gasdurchsatz fördert. Nun wird die Heizungsmodulationssperrzeit
ermittelt. Hierzu erfaßt der Temperatursensor 24 die Vorlauftemperatur und gibt sein
Signal an die Regelung weiter. Mittels des Speichermoduls 25 und des Rechenmoduls
26 ermittelt die Regelung 21 die Heizungsmodulationssperrzeit. Hierzu gibt es mehrere
Möglichkeiten: So wird einerseits der Modulationssollwert zu einem bestimmten Zeitpunkt
oder der durchschnittliche Modulationssollwert aus einer Reihe von Messungen zu bestimmten
Zeitpunkten ermittelt. Dem so ermittelte Wert wird mittels einer stetigen Funktion
eine bestimmte Heizungsmodulationssperrzeit zugewiesen oder ― gemäß eines anderen
Zuweisungsverfahrens - durch einen Vergleich mit einem Grenzwert eine bestimmte kurze
oder eine bestimmte längere Heizungsmodulationssperrzeit zugeteilt. Nach Ablauf der
ermittelten Heizungsmodulationssperrzeit steuert die Regelung 21 den Motor 20 des
Gebläses 16 bedarfsgerecht an, wodurch die Gasarmatur selbsttätig den notwendigen
Brenngasdurchsatz anpaßt. Hierdurch wird die Geräteleistung der Wärmeanforderung angepaßt.
[0015] Fig. 2 zeigt den Modulationssollwert für zwei verschiedene Leistungsanforderungen
gemäß dem Stand der Technik bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei einer Leistungsanforderung
wird gemäß dem Stand der Technik zunächst der Brenner mit einer bestimmten Modulationslast
M
Start gestartet. Ist der Brenner sicher gestartet, was in der Regel durch die Messung eines
lonisationsstroms in der Flamme festgestellt wird, so wird die Brennerbelastung anschließend
(Zeitpunkt t
0) auf eine Minimallast M
min reduziert und während der Modulationssperrzeit 1 (bis zum Zeitpunkt t
1) der Brenner mit dieser Minimallast M
min betrieben. Danach entspricht die Last der Modulationsanforderung. Bei sehr hohem
Modulationssollwert (durchgezogene Linie 1) wird das Gerät mit maximaler Leistung
betrieben; dies entspricht dem maximalen Modulationssollwert M
max.
[0016] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anpassung der Heizungsmodulationssperrzeit
wird bei der gleichen Wärmeanforderung und entsprechendem Modulationssollwert die
Modulationssperrzeit bereits nach einer kürzeren Modulationssperrzeit 3 (Zeitpunkt
t
3) beendet und das Gerät anschließend mit maximaler Leistung und entsprechendem Modulationssollwert
M
max betrieben (strich-punktierte Linie 3). Bei einem etwas geringeren Modulationssollwert
wird die entsprechende Modulationssperrzeit 2 zu einem Zeitpunkt t
2 (t
1 > t
2 > t
3) beendet und das Gerät mit Teillast (Modulationssollwert M
2) betrieben (gestrichelte Linie 2).
[0017] Fig. 3 zeigt das Flußdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verkürzung
der Heizungsmodulationssperrzeit. Hierbei werden zu bestimmten, vorgegebenen Zeitpunkten
n mal der Modulationssollwert bestimmt und erfaßt. Aus diesen n Werten wird der Durchschnitt
gebildet. Ist der Mittelwert größer als ein bestimmter Schwellwert (d.h. große Wärmeanforderung),
so wird eine kurze, vorgegebene Heizungsmodulationssperrzeit (in diesem Fall 1 Minute),
ansonsten eine längere, vorgegebene Heizungsmodulationssperrzeit Heizungsmodulationssperrzeit
(in diesem Fall 2 Minuten) verwendet.
[0018] Eine weitere erfindungsgemäße Variante zur Bestimmung der Heizungsmodulationssperrzeit
ist in Fig. 4 dargestellt. Auch hier werden zunächst n Werte des Modulationssollwerts
zu bestimmten Zeitpunkten aufgenommen und anschließend der Mittelwert gebildet. Anhand
diese Mittelwertes wird aus einem linearen Zusammenhang (gemäß Funktion 4) die Heizungsmodulationssperrzeit
bestimmt.
[0019] Fig. 5 zeigt für eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens den Zusammenhang
zwischen den Messungen und der Modulation. Die Linie 5 entspricht dem jeweils errechneten
Modulationssollwert in Abhängigkeit von der Zeit. Die Linie 6 entspricht dem Modulationsvorgabewert.
Zu den Zeitpunkten t
7 bis t
12 wird jeweils der Modulationssollwert (7, 8, 9, 10, 11 und 12) bestimmt: Aus diesen
Werten wird der Mittelwert gebildet und entsprechend die Heizungsmodulationssperrzeit
bestimmt, so dass nach Ablauf der Heizungsmodulationssperrzeit zum Zeitpunkt t
M die Belastung von der Minimallast auf den Sollwert gesteigert wird.
[0020] Es besteht gemäß Fig. 5 jedoch auch die Möglichkeit, nur zu einem bestimmten Zeitpunkt
t
13 einen bestimmten Modulationssollwert 13 zu bestimmen und hieraus die Heizungsmodulationssperrzeit
zu bestimmen. Das Flußdiagramm hierzu ist in Fig. 6 dargestellt.
1. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27), das einen Wärmeaustauscher (15)
aufweist, der von einem Brenner (14) beheizt ist, dessen Brennstoffdurchsatz variierbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (14) bei Inbetriebnahme des Heizgerätes (27) unter Zuführung eines mittleren
Gasdurchsatzes gezündet wird und dieser Gasdurchsatz anschließend nach erfolgter Zündung
auf einen Kleinstdurchsatz für eine festlegbare Heizungsmodulationssperrzeit gehalten
wird, die mit der Maßgabe variierbar ist, dass sie umso mehr verkürzt wird, je höher
der für die Befriedigung des angeforderten Wärmebedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz
gegenüber dem Kleinstdurchsatz liegt.
2. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der erfolgten Zündung des Brenners (14) zu mehreren festgelegten Zeitpunkten
der für die Befriedigung des angeforderten Wärmebedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz
und hieraus wiederum der Mittelwert bestimmt wird und anhand dieses Mittelwertes und
einer stetigen Funktion die Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt wird.
3. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der erfolgten Zündung des Brenners (14) zu einem bestimmten festgelegten Zeitpunkt
der für die Befriedigung des angeforderten Wärmebedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz
und hieraus mit Hilfe einer stetigen Funktion die Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt
wird.
4. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27), das einen Wärmeaustauscher (15)
aufweist, der von einem Brenner (14) beheizt ist, dessen Brennstoffdurchsatz variierbar
ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (14) bei Inbetriebnahme des Heizgerätes (27) unter Zuführung eines mittleren
Gasdurchsatzes gezündet wird und dieser Gasdurchsatz anschließend nach erfolgter Zündung
auf einen Kleinstdurchsatz für eine festlegbare Heizungsmodulationssperrzeit gehalten
wird, die mit der Maßgabe variierbar ist, dass sie bei Überschreitung einer bestimmten
Modulationsgasdurchsatzvorgabe einer bestimmten, vorgegebenen Heizungsmodulationssperrzeit
und bei Unterschreitung dieser Modulationsgasdurchsatzvorgabe einer längeren, bestimmten,
vorgegebenen Heizungsmodulationssperrzeit entspricht.
5. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der erfolgten Zündung des Brenners (14) zu mehreren festgelegten Zeitpunkten
der für die Befriedigung des angeforderten Wärmebedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz
und hieraus wiederum der Mittelwert bestimmt wird und anhand dieses Mittelwertes die
Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt wird.
6. Verfahren zur Inbetriebnahme eines Heizgerätes (27) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach der erfolgten Zündung des Brenners (14) zu einem bestimmten festgelegten Zeitpunkt
der für die Befriedigung des angeforderten Wärmebedarfs notwendige Modulationsgasdurchsatz
und hieraus die Heizungsmodulationssperrzeit bestimmt wird.