Lösungsvorschlag für:

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2 Lösungsvorschlag für: Eine Heizungsanlage >99 kw mit einem Pellet- oder Ölkessel mit Mindestvorlauftemperatur Bei der Umsetzung werden zwei Kompaktregler RB 1 PWHS bis 49 kw oder 2 RB 2 PWHS bis 99 kw Wärmeerzeugerleistung benötigt. Ab einer Anlagengröße von mehr als 100 kw mit mehreren Heizkreisen wird nur eine frei zu programmierende SPS Steuerung verwendet. Zielsetzung: 1. Optimale Ausnutzung der Solarenergie zur Heizungsunterstützung und Brauchwasserbereitung mit Prioritätsstufe für die nutzbare Solarenergie. 2. Lange Brennerstillstandszeiten zwischen den Heizintervallen 3. Geringer Verbrauch von Brennstoffen (Öl oder Pellets) 4. Optimale Ausnutzung von Fremdenergien (direkte Sonneneinstrahlung, innere Lasten etc.) 5. Umsetzung der patentierten lastabhängigen Rücklauftemperatursteuerung 6. Leichte Bedienung der Steuerung durch den Betreiber und optionale Bedienungshilfe durch Onlineservice. Die Aufgabe: Es wird ein Wärmeerzeuger verwendet, der eine Mindestvorlauftemperatur benötigt. Diese Temperatur muss jedoch nur erreicht werden, wenn der Brenner läuft oder Pellets verbrannt werden. Gleichzeitig handelt es sich um eine Heizungsanlage, die aufgrund der Heizkörperauslegung im Auslegungsfall mit geringen Temperaturen betrieben werden kann, oder in Teillastbereichen mit diesen durchaus auskommen würde. Außerdem soll die Solarenergie sinnvoll genutzt werden. Dies gelingt vor allem, weil auch niedrigere Pufferspeichertemperaturen effektiv eingespeist werden. (Temperaturpriorität). Parallel kann eine Warmwasservorrangschaltung und eine Heizungsunterstützung umgesetzt werden. Funktionsbeschreibung: Der erste Kompaktregler steuert den Wärmeerzeugungsprozess im Primärheizkreislauf in Verbindung mit einer Warmwasservorrangschaltung, wenn nicht ausreichend Wärmeenergie im Pufferspeicher vorhanden ist. Der zweite Kompaktregler steuert im Sekundärheizkreislauf die Wärmeverteilung (Nutzerzeiten für zwei Heizkreise) und die Ausnutzung der Solarenergie zur Heizungsunterstützung. Beide Kompaktregler orientieren sich durch das patentierte Bajorath Verfahren am Rücklauf und reagieren lastabhängig. Ablauf Primärheizkreislauf: Die Rücklauftemperatur entscheidet über die Ein- und Ausschalthysterese, zu welchem Zeitpunkt der Pelletkessel starten soll. Über die Kontrolle der Vorlauftemperatur wird die Heizpumpe (primär) aktiv über 0 bis 10 Volt angesteuert. Damit wird die eingestellte Vorlauftemperatur durch den sich verändernden Massenstrom mit der Steuerung konstant gehalten. Der Start des Pelletkessels erfolgt nur, wenn der sekundäre Heizkreislauf nicht genügend Wärme aus der solaren Heizungsunterstützung (Wärme aus dem Pufferspeicher) bekommt. Die Rücklauftemperatur hat im sekundären Heizkreislauf die Einschalttemperatur erreicht. In diesem Augenblick wird das Drei-Wege-Ventil A zum Wärmetauscher hin

3 geöffnet und das Drei-Wege-Ventil B in Richtung Pufferspeicher geschlossen. Hierdurch erfolgt eine Wärmeabnahme am Wärmetauscher D, was zur Folge hat, dass die Rücklauftemperatur im Primärheizkreislauf sinkt. Zuerst wird jedoch die gespeicherte Wärmeenergie im Primärheizkreislauf ausgenutzt, bis auch hier die Rücklauftemperatur den Einschaltpunkt erreicht hat. Erst dann bekommt der Pelletkessel seine Freigabe. Beispiel bei 0 C Außentemperatur: Primär Grafik X Brenner Einschaltpunkt Brenner Ausschaltpunkt Neuer Start Vorlauftemperatur konstant 55 Rücklauftemperatur 47 Rücklauftemperatur 37 Auskühlphase Zeitachse z.b. 60 Minuten Sekundär Grafik Y Vorlauftemperatur parallel zum RL Brenner Einschaltpunkt Brenner Ausschaltpunkt Neuer Start Rücklauftemperatur 30 Rücklauftemperatur 26 Auskühlphase Zeitachse z.b. 60 Minuten Fordert der Warmwasserspeicher Wärme an, weil die Solarenergie nicht ausreichte oder die Heizungsunterstützung viel abnimmt, schließt die Primärheizkreislaufsteuerung die Seite zum Wärmetauscher D und öffnet in Richtung Speicher. Der Pelletkessel bekommt die Brennerfreigabe und führt die Warmwasservorrangschaltung durch. Dabei wird nur der obere Teil des Pufferspeichers erwärmt. Scheint gleichzeitig die Sonne, wird diese Energie trotzdem dem Pufferspeicher zugeführt und mindert nicht den Ertrag. Der sekundäre Heizkreislauf kann in dieser Zeit die eventuell vorhandene Wärmeenergie aus dem Pufferspeicher entnehmen.

4 Die Sekundärsteuerung: Die Vorteile der patentierten witterungsgeführten Rücklauftemperatursteuerung kommen hier voll zur Geltung. Jeder Außentemperatur wird eine Ein- und Ausschalthysterese zugeordnet. Als Führungsgröße dient die Rücklauftemperatur. Wird die Einschalttemperatur bei zum Beispiel 0 C Außentemperatur von 26 erreicht (Beispiel Grafik Y), öffnet das Drei-Wege- Ventil B in Richtung Pufferspeicher, wenn dort der Pufferspeicherfühler Heizungsunterstützung eine höhere Temperatur fühlt, als der Heizungsrücklauf misst. Ist keine Temperaturdifferenz vorhanden, öffnet das Drei-Wege-Ventil A in Richtung Wärmetauscher D und schließt das Drei-Wege-Ventil B in Richtung Pufferspeicher, damit dieser nicht umgekehrt aufgeheizt wird. Gleichzeitig wird die Heizpumpe F mit 10 V angesteuert, so dass diese mit der maximalen Leistung betrieben wird. Durch den maximalen Massenstrom kann das Heizungswasser beim Durchströmen des Wärmetauschers D nur um eine bestimmte Temperatur erhöht werden. Die Vorlauftemperatur ist somit das Ergebnis des Massenstromes. Ist die Temperaturerhöhung in diesem Beispiel von 4 Grad am Rücklauf erreicht, schließt das Drei-Wege-Ventil A in Richtung Wärmetauscher D. Jetzt wird dort keine Wärme mehr abgenommen. Das Heizungswasser wird jetzt mit verminderter Pumpenleistung weiter im System umgewälzt. Dabei gibt es die gespeicherte Wärmeenergie über die Fußbodenheizung oder die Heizflächen ab. Dringt durch die Fenster Sonneneinstrahlung ein, wird der Fußboden durch die auftreffende Strahlung erwärmt. Die im Heizungswasser gespeicherte Wärme wird jetzt langsamer abgegeben, so dass sich die Auskühlphase verlängert. Die auftretenden inneren und äußeren Lasten werden dementsprechend aktiv in den Wärmeproduktionsprozess mit eingebunden. Hier spricht man auch von einer lastabhängigen Steuerung. Der Brenner hat dadurch eine längere Stillstandszeit. Auch in der Auskühlphase wird kontrolliert, ob eventuell im Pufferspeicher ausreichend Temperatur zur Heizungsunterstützung vorhanden ist. Diese würde dann zusätzlich in das System eingespeist. Sekundär Vorlauftemperatur parallel zum RL Brenner Einschaltpunkt Brenner Ausschaltpunkt Neuer Start Rücklauftemperatur 30 indirekt auftretende Sonneneinstrahlung Rücklauftemperatur 26 Zeitachse z.b. 100 Minuten

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6 Lösungsvorschlag für: Eine Heizungsanlage bestehend aus einem Brennwertkessel in Verbindung mit einer Heizungs- und Brauchwasserunterstützung durch ein BHKW. Die Umsetzung erfolgt je nach Anlagengröße mit einer frei programmierten SPS Steuerung vom Typ RB 3 bis RB 10. Zielsetzung: 7. Optimale Ausnutzung der vom BHKW produzierten Wärmeenergie zur Heizungsunterstützung und Brauchwasserbereitung. 8. Lange Brennerstillstandszeiten zwischen den Heizintervallen 9. Geringer Verbrauch von Brennstoffen (Öl oder Pellets) 10. Optimale Ausnutzung von Fremdenergien (direkte Sonneneinstrahlung, innere Lasten etc.) 11. Umsetzung der patentierten lastabhängigen Rücklauftemperatursteuerung 12. Leichte Bedienung der Steuerung durch den Betreiber und optionale Bedienungshilfe durch Onlineservice. Die Aufgabe: Das installierte BHKW soll über lange Laufzeiten Strom erzeugen und die Abwärme in einen Pufferspeicher abgeben. Diese Wärme muss möglichst effektiv von der Heizungsanlage abgenommen werden, so dass der Brennwertkessel sich nur in Spitzenlastzeiten dazuschaltet. Ein durchgeführter Hydraulischer Abgleich nach DIN gewährleistet nicht nur eine gleichmäßige Wassermengenverteilung, sondern er bietet auch die Grundlage bei Anlagen mit einer Auslegungstemperatur von 70/55 bei minus 14 AT, in den Übergangszeiten durch niedrigere Heizwassertemperaturen gleichmäßig erwärmte Heizflächen zu erhalten. Deshalb werden auch geringe Pufferspeichertemperaturen noch sehr effektiv zur Heizungsunterstützung genutzt. Der Brennstoffkessel wird dadurch weniger eingeschaltet. Funktionsbeschreibung: Die komplett programmierte SPS Steuerung übernimmt die Umsetzung der gewünschten Nutzerzeiten und steuert den gesamten Wärmeproduktionsprozess auf Basis der patentierten witterungsgeführten Rücklauftemperaturregelung. Die Rücklauftemperatur entscheidet über die Ein- und Ausschalthysterese wann das Drei- Wege-Ventil in Richtung Wärmetauscher öffnen oder der Brennwertkessel starten soll. Bei Erreichen der vorgegebenen Einschalttemperatur am Rücklauf, öffnet das Drei-Wege- Ventil die Seite A und durchströmt den Wärmetauscher, wenn die Pufferspeichertemperatur zum Beispiel 10K über der Rücklauftemperatur liegt. Gleichzeitig befördert die Heizpumpe B das erwärmte Wasser aus dem Pufferspeicher in den Wärmetauscher. Ist die Pufferspeichertemperatur gleich oder geringer, schaltet sich der Brennwertkessel ein. Auch wenn das Drei-Wege-Ventil geöffnet bleibt, kann die Rücklauftemperatur unter den gewünschten Einschaltpunkt sinken und der Brenner muss dazuschalten. Ein Aufheizen des Pufferspeichers durch den Brennwertkessel kann nicht geschehen, weil das Drei-Wege-Ventil

7 die Seite A schließt, wenn keine Temperaturdifferenz mehr zwischen Rücklauftemperatur und Pufferspeicherwasser besteht. Liegt die Ausschalttemperatur am Rücklauf an, schaltet sich der Brenner aus bzw. schließt das Drei-Wege-Ventil die Seite A. Aufgrund der Dimensionierung des Pufferspeichers läuft das BHKW weiter und lädt mit seiner thermischen Leistung den Pufferspeicher. Beispiel: Außentemperatur: 2 Anlagenauslegung: 70/55 Grafik X Brenner Einschaltpunkt entweder Brenner ein oder Drei-Wege-Ventil Seite A geöffnet Brenner Ausschaltpunkt entweder Brenner aus oder Drei-Wege-Ventil Seite A geschlossen Neuer Prozess mögliche Pufferspeichertemperatur 65 Vorlauftemperatur parallel zum RL Rücklauftemperatur 46 Raumtemperatur 21,2 C Rücklauftemperatur 40 Auskühlphase Raumtemperatur 20,8 C Zeitachse z.b 60 Minuten In diesem Beispiel sinkt die Temperatur des Pufferspeichers stark ab, weil die dort enthaltene Wärmeenergie und die gleichzeitige thermische Leistung des BHKW nicht ausreichen, um den jetzt benötigten Wärmebedarf auszugleichen. In dieser Situation schaltet sich der Brennwertkessel dazu. Fordert der Warmwasserspeicherfühler Wärme an, weil die Einschalttemperatur erreicht ist, schließt die Steuerung die Zonenventile zu den Heizkreisen und schaltet die Heizpumpe C im sekundären Fußbodenheizkreislauf ab. Gleichzeitig wird die Heizpumpe A mit verringerter Leistung betrieben. Geschieht dieser Prozess kurz nach der in der Grafik X beschriebenen Situation, sinkt die Pufferspeichertemperatur wieder ab und das Drei Wege-Ventil schließt, da die Temperaturdifferenz zu gering ist. Jetzt übernimmt der Brennwertkessel die Warmwasservorrangschaltung. Das BHKW läuft parallel weiter und lädt den Pufferspeicher.

8 Warmwasservorrangschaltung Grafik Y Drei-Wege-Ventil Seite A ist geöffnet Drei-Wege-Ventil Seite A wird geschlossen Vorlauftemperatur 75 Brenner aus / Brauchwassertemperatur erreicht mögliche Pufferspeichertemperatur 65 Das BHKW läuft weiter Rücklauftemperatur 50 Brenner ein / Brauchwassertemperatur fordert an Zeitachse z.b. 60 Minuten Die Vorteile der patentierten witterungsgeführten Rücklauftemperatursteuerung kommen hier voll zur Geltung. Jeder Außentemperatur wird eine Ein- und Ausschalthysterese zugeordnet. Als Führungsgröße dient die Rücklauftemperatur. Auch in der Auskühlphase wird die im Pufferspeicher vorhanden Wärmeenergie in den Heizungsrücklauf eingespeist. Gerade bei tiefen Außentemperaturen wird hierdurch nur ein zeitverzögertes Abkühlen bewirkt. Der Brennwertkessel muss in jedem Fall einschalten. Vorlauftemperatur parallel zum RL Brenner Einschaltpunkt Brenner Ausschaltpunkt Neuer Brennerstart Rücklauftemperatur 46 Rücklauf kühlt langsamer ab Rücklauftemperatur 40 Zeitachse z.b. 100 Minuten

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10 Lösungsvorschlag für: Eine bestehende Heizungsanlage mit einem Brauchwasserspeicher in der Hauptzentrale und eine Unterverteilung in einem Nebengebäude mit einem Brauchwasserspeicher und zwei weiteren Heizkreisen. Unterstützt durch ein BHKW. Die Umsetzung erfolgt je nach Anlagengröße mit einer frei programmierten SPS Steuerung vom Typ RB 3 bis RB 10. Zielsetzung: 13. Optimale Ausnutzung der vom BHKW produzierten Wärmeenergie zur Heizungsunterstützung und Brauchwasserbereitung. 14. Lange Brennerstillstandszeiten zwischen den Heizintervallen 15. Geringer Verbrauch von Brennstoffen 16. Optimale Ausnutzung von Fremdenergien (direkte Sonneneinstrahlung, innere Lasten etc.) 17. Umsetzung der patentierten lastabhängigen Rücklauftemperatursteuerung 18. Leichte Bedienung der Steuerung durch den Betreiber und optionale Bedienungshilfe durch Onlineservice. Die Aufgabe: Das installierte BHKW soll über lange Laufzeiten Strom erzeugen und die Abwärme in einen Pufferspeicher abgeben. Diese Wärme muss möglichst effektiv von der Heizungsanlage abgenommen werden, so dass der Brennwertkessel sich nur in Spitzenlastzeiten dazuschaltet. Ein durchgeführter Hydraulischer Abgleich nach DIN gewährleistet nicht nur eine gleichmäßige Wassermengenverteilung, sondern er bietet auch die Grundlage, bei Anlagen mit einer Auslegungstemperatur von 90/70 bei minus 14, in den Übergangszeiten durch niedrigere Heizwassertemperaturen gleichmäßig erwärmte Heizflächen zu erhalten. Deshalb werden auch geringe Pufferspeichertemperaturen noch sehr effektiv zur Heizungsunterstützung genutzt. Der Brennstoffkessel wird dadurch weniger eingeschaltet. In diesem Beispiel werden beide Warmwasserspeicher gleichzeitig geladen, auch wenn nur einer der beiden Wärme anfordert. Diese Vorrangschaltung gewährleistet keinen Komfortverlust, falls die Speicher kurz hintereinander anfordern würden. Der übrige Funktionsablauf ist wie in der Anlagenbeschreibung 07 bereits erläutert. In den Sommermonaten werden die Zonenventile in Abhängigkeit der Außentemperatur über die Funktion Heizung aus geschlossen. In dieser Situation nutzen wir das Wasservolumen in den Heizungsrohren als zusätzlichen Pufferspeicher für das BHKW. Der Kessel heizt bei der Brauchwasserbereitung nur nach. Aufgrund der unterschiedlichen Leitungslängen wurden in den einzelnen Heizsträngen außer in der Unterverteilung Differenzdruckregler eingebaut, um Strömungsgeräusche in Teillastbereichen zu verhindern.