CH691988A5 - Verfahren zum Steuern eines elektrisch beheizten Warmwasserbereiters. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrisch beheizten Warmwasserbereiters gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. 



  Ein solches Verfahren wurde zum Beispiel durch die DE-PS 3 712 648 vorgeschlagen, bei dem aus einzelnen Störgrössen gesonderte kompensierende Zusatzleistungen ermittelt werden, mit denen einer der abströmseitigen Heizkörper zeitverzögert beaufschlagt wird. Die Wirkung einer jeden Störgrösse wird dabei separat betrachtet und als Kompensationsvorschrift in einer Steuerung abgelegt. Nach dem bekannten Verfahren soll durch Überlagerung aller Kompensationsleistungen ein schwankungsfreier Verlauf der Auslauftemperatur erreicht werden. Allerdings ist bei diesem bekannten Verfahren nicht klar, nach welchem Algorithmus diese Kompensationsvorschriften errechnet werden sollen. Ausserdem ist unklar, wie die Kompensationsleistungen und die Verzögerungszeiten zu ändern sind, wenn sich während der Kompensationsphase eine Eingangsgrösse ändert.

   Dadurch ist es aber nicht möglich, die Auslauftemperatur bei sich ändernden Eingangsgrössen in ausreichendem Ausmass konstant zu halten. 



  Ziel der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem ein hohes Mass an Konstanthaltung der gewünschten Auslauftemperatur auch bei einer Änderung der Eingangsparameter, wie Wasserdurchfluss und Einlauftemperatur sichergestellt ist. 



  Erfindungsgemäss wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 



  Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Idee zu Grunde, die aktuellen Temperaturen in den einzelnen Stufen des Heizblockes innerhalb der Leistungssteuerung zu berechnen. Dazu werden die wesentlichen thermischen Eigenschaften des Heizblockes rechnerisch innerhalb einer Leistungssteuerung nachgebildet, um den Verlauf der Ist-Temperaturen im gesamten Heizblock zu erhalten. 



  Während der Übergangszeit von durch Änderungen der Eingangsgrössen, wie Einlauftemperatur und Durchfluss, bedingten Leistungsänderungen kann dann anhand eines Vergleiches der berechneten Ist-Temperaturen mit dem vorgesehenen Soll-Wert innerhalb der letzten Stufe des Heizblocks die Leistung dieser Stufe so gesteuert werden, dass die gewünschte Temperatur am Auslauf des Warmwasserbereiters möglichst schnell erreicht und konstant gehalten werden kann. 



  Dies wird durch die ständige Berechnung der Temperaturen aller Teilvolumina ermöglicht, wobei aufgrund der vorgegebenen Soll-Auslauftemperatur und der Temperatur im dem Auslauf unmittelbar vorgeordneten Teilvolumen die dem Steuerheizkörper zuzuführende Leistung errechnet werden kann. Auf diese Weise kann bei Änderungen der Eingangsparameter sehr rasch die Leistung der Steuerstufe angepasst und die Auslauftemperatur auf ihren vorgesehenen Wert gebracht werden, wobei es auch zu einem Umschalten der der Steuerstufe vorgeordneten schaltbaren Heizkörper kommen kann, ohne dass die Wirksamkeit der Kompensationsmassnahme dadurch vermindert wird. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 2 ist es möglich, die Genauigkeit der Berechnung der Temperaturen der einzelnen Teilvolumina zu erhöhen, wodurch im Falle einer Änderung der Eingangsparameter die vorgesehene Auslauftemperatur rasch wieder erreicht werden kann. 



  Durch die Merkmale des Anspruches 3 ist ein rasches Reagieren auf eine Verminderung der Durchflussgeschwindigkeit und dem dadurch bedingten verminderten Energiebedarf möglich, wodurch eine stärkere Überschreitung der vorgesehenen Auslauftemperatur vermieden wird. 



  Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: 
 
   Fig. 1 schematisch einen elektrisch beheizten Warmwasserbereiter und 
   Fig. 2 schematisch die Anordnung der Teilvolumina. 
 



  Der Warmwasserbereiter nach der Fig. 1 weist drei schaltbare Heizkörper H1, H2, H3 auf, die in einem von Wasser durchströmbaren Rohr 2 angeordnet sind, wobei vor dem Auslauf des Rohres 2 ein Steuerheizkörper H4 angeordnet ist. Die einzelnen Heizkörper H1, H2, H3, H4 sind über eine Leistungssteuerung 1 mit Spannung versorgbar. Dabei sind die Heizkörper H1, H2 und H3 über Ein-Aus-Schalter gesteuert, wogegen der Steuerheizkörper H4 stufenlos steuerbar ist. 



  Weiters ist die Leistungssteuerung 1 mit einem der Soll-Auslauftemperatur Tsoll entsprechenden Signal und einem dem aktuellen Volumenstrom durch das Rohr 2 entsprechenden Signal  ._V versorgt. Die Leistungssteuerung 1 ist an ein Drehstromnetz L1, L2, L3 angeschlossen. 



  Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, ist das Volumen des Rohres 2 zwischen dem Einlauf und dem Auslauf in eine Reihe von Teilvolumina Vi aufgeteilt, die mit V0, in dem die Einlauftemperatur Tein herrscht, bis VN, in dem die Auslauftemperatur herrscht, bezeichnet sind. 



  Aus der Einlauftemperatur und der den einzelnen Heizkörpern H1, H2, H3 und H4 zugeführten Leistung wird die Temperatur des Wassers in jedem der Teilvolumina berechnet, wie dies bereits erläutert wurde. 



  Aufgrund des ermittelten Volumenstromes  ._V, der Einlauftemperatur Tein und der vorgewählten Soll-Auslauftemperatur Tsoll wird der Leistungsbedarf ermittelt, wobei über die schaltbaren Heiz körper H1, H2 und H3 eine geringere als die errechnete Leistung zugeführt wird und die Leistung P4 des Steuerheizkörpers H4 während einer Kompensationsphase nach der Beziehung 



  P4 = (Tsoll - TN-1) . VS . c/tr
 



  errechnet wird, wobei TN-1 die Temperatur im Teilvolumen VN-1, welches das Letzte im Bereich des Steuerheizkörpers H4 ist, VS das Schrittvolumen, das dem Volumen eines jeden Teilvolumens Vi (V0 bis VN) entspricht, c die volumenspezifische Wärmekapazität des Wassers und tr die Restzeit bedeuten, die das Teilvolumen TN-1 noch innerhalb des Steuerheizkörpers H4 verbleibt. 



  Im Fall, dass im Teilvolumen VN-1 eine über der Soll-Auslauftemperatur Tsoll liegende Temperatur errechnet wird, wird die Leistung des Steuerheizkörpers H4 reduziert.

Claims (3)

1. Verfahren zum Steuern eines elektrisch beheizten Warmwasserbereiters, der neben mehreren schaltbaren Heizkörpern einen am Auslaufende des Wasserbereiters angeordneten stufenlos steuerbaren Steuerheizkörper aufweist und bei dem zur Einhaltung einer bestimmten Auslauftemperatur in Abhängigkeit von Änderungen bestimmter Parameter die Heizkörper geschaltet und der Steuerheizkörper gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des gesamten Wasserbereiters in äquidistante Wasserteilvolumina Vi, bzw.

V0 bis VN aufgeteilt wird, die längs des Strömungsweges hintereinander angeordnet sind und jeweils ein Schrittvolumen Vs aufweisen, wobei das erste Teilvolumen V0 vor dem ersten Heizkörper vorgesehen und der Einlauftemperatur T0 zugerechnet ist, das letzte Teilvolumen VN nach dem Steuerheizkörper vorgesehen und der Auslauftemperatur TN zugeordnet ist und die Temperaturerhöhung Ti eines jeden Teilvolumens Vi nach der Beziehung Ti = Pi . tV .

(VS . c)<-><1> berechnet wird, wobei Pi die dem Element i während einer Verweilzeit tV elektrisch zugeführte Leistung [W] ist, tV die Verweilzeit [s] innerhalb eines Teilvolumens Vi, das heisst, jene Zeit ist, die bei dem aktuellen Volumenstrom ._V des Wassers benötigt wird, um ein Teilvolumen Vi zu durchströmen, VS das Schrittvolumen [ml] und c die volumenspezifische Wärmekapazität von Wasser unter Normalbedingungen [4,176 Ws / (K . ml)<-><1>] bedeuten, wonach in einem zweiten Schritt alle Teilvolumina Vi um eine Position weitergeschoben und erneut die Temperaturerhöhung Ti aller Teilvolumina Vi für die nächste Verweilzeit tV berechnet wird, die nach der Beziehung: tv = VS . ._V<-><1> errechnet wird, wobei ._V den aktuellen Volumenstrom [l/s] des Wassers bedeutet und die Leistung PSt des Steuerheizkörpers nach der Beziehung: PSt = (Tsoll - TN-1) .

VS . c/tr errechnet wird, wobei Tsoll die Soll-Auslauftemperatur, TN-1 die Temperatur des letzten Teilvolumens der Steuerstufe und tr die Restzeit [s], die das Teilvolumen VN-1 noch innerhalb der Steuerstufe verweilt, bedeuten, wobei im Fall, dass TN-1 > Tsoll ist, die Leistung des Steuerheizkörpers zurückgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Temperatur der einzelnen Teilvolumina der Wärmeübergang zwischen dem Wasser einzelner Teilvolumina und dem zugehörigen Heizkörper berücksichtigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur aller Teilvolumina berücksichtigt und bei Überschreiten der Soll-Auslauftemperatur Tsoll in einem Teilvolumen Vi die Leistung des Steuerheizkörpers vermindert wird.