Musterlösung Außentemperaturgesteuerte Heizungsregelung
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Außentemperaturgesteuerte Heizungsregelung
Neben der einer Einzelraumregelung, für die es hier ein anderes Beispiel gibt, wird bei einer Heizungssteuerung eine Außentemperaturgesteuerte Kesseltemperaturregelung angewandt.
Im Prinzip wird die Vorlauftemperatur des Heizkreises anhand der Außentemperatur bestimmt. Dabei regelt man entweder die Temperatur des Kessels direkt gleitend oder reduziert die Temperatur über ein 4-Wege Mischerventil auf den gewünschten Wert. Auch dies lässt sich über LCN realisieren.
In diesem Beispiel wird direkt die Kesseltemperatur geregelt, eine Anpassung für eine Mischersteuerung ist relativ einfach.
Grundlagen
Heizungsmonteure arbeiten meistens pragmatisch, die Temperatur wird lieber etwas zu hoch gewählt, da man über die Raumthermostate das “Zu Viel” wegregeln kann. Kunden schimpfen nur, wenn es zu kalt ist.
Allerdings hat diese Regelung Nachteile:
- Unnötig hohe Temperaturen bringen höhere Verluste
- Die Ventile können nur über einen sehr kleinen Bereich regeln, da es sonst zu warm wird.
- Die Regelung wird ungenauer und schwingt leichter.
- Die Ventile rauschen im fast geschlossenen Zustand.
- Die Heizkreise haben einen hohen hydraulischen Widerstand und benötigen eine hohe Pumpenleistung.
Eine optimal eingestellte Vorlauftemperatur hat deshalb deutliche Vorteile! Theoretisch bräuchte man bei einer optimalen Auslegung der Heizkörper und bei optimalen eingestellten Heizkurve gar keine Thermostatventile.
Berechnungen
Man geht davon aus, dass bei Außentemperaturen von über +20°C nicht mehr geheizt werden muss. Als niedrigste Temperatur nimmt man in Deutschland Werte zwischen -10°C im Nordseebereich und -20°C im Süden an.
Steigung
Zwischen diesen Eckpunkten wird dann die Kesseltemperatur linear angepasst. Diese Gerade (Heizlinie) hat eine Steigung, die man direkt in "normale" Regelungen eingeben kann. Eine Steigung von 1 bewirkt für jedes Grad (Kelvin), das es draußen kälter wird, die Erhöhung von einem Grad (Kelvin) im Heizkreislauf. Der Ausgangspunkt ist immer +20°C.
Typische Werte für die Steigung sind 0,25-0,5 für Fußbodenheizungen, 1-1,5 für Radiator Heizungen, abhängig von der Auslegung der Heizkörper.
Parallelverschiebung
Zusätzlich kann man diese Heizlinie auch parallel anheben oder absenken. Oft ist die niedrigste Temperatur zum Heizen systembedingt höher als +20°C.
Justieren
Als Faustregel gilt, dass Abweichungen bei relativ hohen Außentemperaturen (Plus Grade) über die Parallelverschiebung eingestellt werden, Abweichungen bei niedrigen Außentemperaturen über die Steigung.
Umsetzung nach LCN
Die Steuerung wurde mit alten Modulen realisiert. In den Modulen mit einem Softwarestand von >1707 (ab Mitte 2013) gibt es bessere Rechenmöglichkeiten, die eine einfachere Programmierung ermöglichen.
An einem Modul wird die Außentemperatur gemessen. Über den ersten Regler wird der abzudeckende Temperaturbereich (in unserem Beispiel -10°C bis +20°C, das gibt so schöne Zahlen ;-) ) Als Ausgang wählt man einen nichtbenutzen Ausgang des Modul (leider sprechen die Regler heute noch nicht den 3. virtuellen Ausgang an). Jetzt lässt sich ein beliebiger Temperaturbereich in einen linearen Bereich von 0% bis 100% bzw. von 0-200 als LCN Wert umsetzen. Dieser Ausgang wird dann in einem zweiten Modul ausgewertet und mit der aktuellen Kesseltemperatur verrechnet.
Das zweite Modul misst die Kesseltemperatur und regelt es über den gewünschten Bereich. Das Ergebnis wird wieder an einen unbenutzten Ausgang gesendet und in den Bereich 0-200 umgesetzt. Die umgewandelten Werte von Außentemperatur und Kesseltemperatur werden zusammen addiert und im 2. Regler des Moduls ausgewertet.
Da die Regler ein Relais nur ohne Hysterese ansteuern können muss der Wert noch einmal über die TVar und Schwellwerte umgesetzt werden.
Damit kann der Brenner ein- und ausgeschaltet werden. Durch eine entsprechende Wahl der Hysterese lässt sich das Ein- und Ausschalten des Brenners justieren.
Code
Modul 1 / Außentemperatur
Protokoll LCN Module, Projekt: S0 M 85 Segment:0 Name: Kommentar: ID: 85 Treppenhaus UPS Haustür Briefk. TSA R1U B3I NU16 Typ: LCN-UPS Modul Laufzeitinfo: (ausgelesen am: 17.04.2008 11:59 I-Anschluss B3I / BMI, Temperatur Sensor angeschlossen Ausgang: Doppeldimmer
Wichtig, Dimmer aktivieren, auch bei Modulen, die nur virtuelle Ausgänge haben wie UPS und SHS.
Schwellwerte: Hysterese: 35 B1: 200 Quelle: R2VarR2Var
Beschreibung Regler 1
Regler 1: Heizen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 1200 (+20°C), Proportionalbereich: 301 (30,1 K)
Quelle: R1Var
Ziel: Segment 0, Modul 85 Ausgang 1
Mit dem Regler 1 wird der Temperaturbereich definiert. Als oberster Punkt wird +20°C gewählt, ab dieser Temperatur wird nicht mehr geheizt. Der Proportionalbereich von 30 K ergibt eine niedrigste anzunehmende Außentemperatur von -10°C. Der Regelwert wird an den Ausgang 1 im gleichen Modul übergeben.
Beschreibung Regler 2
Regler 2: Heizen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 200, Proportionalbereich: 1
Quelle: Ausgang 1
Ziel: Segment 0, Modul 85 Relais 8
Bei -10°C ist der Wert für den Ausgang = 200, bei +20°C ist der Ausgang = 0. Ein Ziel wird eigentlich nicht benötigt, es muss allerdings eins eingegeben werden. Hier wird ein unbenutztes Relais im gleichen Modul benutzt.
Modul 2 / Kesseltemperatur
Protokoll LCN Module, Projekt: S0 M 40 Segment:0 Name: Kommentar: ID: 40 Heizung 1 R8H, Pumpen Licht TS Vorlauf Typ: LCN-SHS Modul Laufzeitinfo: (ausgelesen am: 17.04.2008 11:59 I-Anschluss Kein Sensor, Temperatur Sensor angeschlossen Ausgang: Doppeldimmer
Wichtig, Dimmer aktivieren, auch bei Modulen, die nur virtuelle Ausgänge haben wie UPS und SHS.
Schwellwerte Hysterese: 25 B1: 200 Quelle: R2VarR2VarR2Va
Beschreibung Regler 1
Regler 1: Heizen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 1650 (+65°C), Proportionalbereich: 451 (45,1 K)
Quelle: R1Var
Ziel: Segment 0, Modul 40 Ausgang 1
Auch hier ist wieder der Ausgangswert +20°C. Die angenommene Steigung ist 1.5 (1.5 * 30 K Außentemperaturdifferenz = 45 K ( Proportionalbereich). 45 K +20°C = +65°C ergibt den Sollwert. Diese Werte werden wieder über den Ausgang 1 an den Regler 2 übergeben. +20°C ergibt einen Ausgangswert von 0, +65°C ergibt einen Ausgangswert von 200.
Beschreibung Regler 2
Regler 2: Kühlen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 200, Proportionalbereich: 2
Quelle: Ausgang 1 plus R2Var von Segment 0, Modul 85
Ziel: Segment 0, Modul 41 Relais 7
Hier wird der Ausgang 1 und der Ausgang 1 des Außentemperaturmoduls zusammengezählt.
Achtung, der Regler ist auf Kühlen eingestellt! Sobald der Wert 200 überschritten wird, ergibt sich ein "EIN" Signal. Da Regler, die Relais steuern keine Hysterese haben, wird der Ausgang noch einmal an die TVar weitergeleitet. Dort kann dann ein entsprechender Wert eingestellt werden. Der Schwellwert 1 steuert über Taste B1 das Relais für den Brenner.
Tastenbelegung:
Tabelle B:
Taste B1 Brenner LCN Steuerung
Kurz: Unprogrammiert
Lang: Relais ---- ---1
Los: Relais ---- ---0
Berechnungen
Steigung
Leider gibt es kein kleines Rädchen mit anwählbarer Steigung. Auch ist der Wert nicht direkt eintragbar..
Steigung = (Proportionalbereich Modul 2 / Proportionalbereich Modul 1). Da normalerweise eine Steigung festgelegt wird muss der Proportionalbereich bestimmt werden:
Proportionalbereich Modul 2 = (gewünschte Steigung * Proportionalbereich Modul 1)
Parallelverschiebung
Durch Verschieben des Sollwertes wird die Kurve parallel verschoben.
Hysterese
Auch die Hysterese muss berechnet werden, damit man einen vernünftigen Wert eintrage kann.
Hysterese (LCN) = (200 / Proportionalbereich Kesseltemperatur) * Hysterese (°C)
Nachtabsenkung
Häufig werden die einzelnen Räume nachts nicht automatisch abgesenkt. Deshalb senkt man nachts die Kesseltemperatur normalerweise um einen Bereich zwischen 5 und 10 K ab, der Sollwert des Regler 1 im Modul 2 wird entsprechen angepasst. Die Thermostatventile öffnen dann ganz, die Raumtemperatur ist nur noch abhängig von der angebotenen Temperatur im Fußboden bzw. in den Radiatoren.
Mischerventilsteuerung
Die Grundberechnung ist identisch. Statt des Brennerrelais müssen zwei Relais zur Motorsteuerung (auf/zu) verwendet werden. Es eignet sich dafür die Motorsteuerung innerhalb der LCN Module.
Zur Mischerregelung werden 4 Schwellwerte verwendet. Die Schwellwerte werden über einen Timer regelmäßig abgefragt, B3 ist der eigentliche Zielwert von 200.
Um im Bereich der Hysterese den Mischer nicht zu verändern, wird ein zweiter Schwellwert verwendet, der das Ventil wieder zu fährt. Dazu werde der B2 verwendet.
B2 und B3 reagieren auf kleine Abweichungen. Sie geben jeweils nur kurze Impulse an den Mischermotor. B1 und B4 sind für größerer Abweichungen gedacht (z.B. nach Einschalten der Nachtabsenkung) und geben längere Impulse auf den Motor.
Genauere Werte für die Einstellung der Schwellwerte müssen im praktischen Einsatz ausgetestet werden. Die Werte sind auch hier abhängig vom Heizungssystem und den Schwanlungen innerhalb der Vorlauftemperatur. Bei einer Fußbodenheizung kann man schon nach einem halben Grad Abweichung nachregeln, bei einer Radiatorheizung mit hohen Temperaturen wird man größere Differenzen einstellen.
Protokoll LCN Module, Projekt: S0 M 85
Segment:0 Name: Kommentar:
ID: 85 Treppenhaus UPS Haustür Briefk. TSA R1U B3I NU16
Typ: LCN-UPS Modul Laufzeitinfo: (ausgelesen am: 18.04.2008 18:57
Seriennr. 11A913-5A54 I Laufzeit: 11 Tage 0 Stunden 18 Minuten
Software: 100B05 RE: SE:SC: CE:WD: TS: PSC:RCE (only SK)
70 85 69692 70 0 0 0 ---
Ausgang: Doppeldimmer
Statuskommandos:
Keine Statuskommandos
Schwellwerte Hysterese: 1 B1: 180 B2: 195 Quelle: T-Port-SensorT
B3: 200 B4: 215
Regler 1: Heizen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 1200 (20 ̊C), Proportionalbereich: 301 (30,10 ̊C)
Quelle: R1Var
Ziel: Segment 0, Modul 85 Ausgang 1
Regler 2: Heizen, Regler nicht sperrbar
Sollwert: 200, Proportionalbereich: 1
Quelle: Ausgang 1
Ziel: Segment 0, Modul 85 Relais 8
Tastenbelegung:
Tabelle B:
Taste B1 • Mischer zu
(1) -> Segment 0, Modul 41 "Heizung 2"
Kurz: Unprogrammiert
Lang: Unprogrammiert
Los: Relais-Timer: 1------- in 3.00 Sek
Taste B2 • Mischer etwas zu
(1) -> Segment 0, Modul 41 "Heizung 2"
Kurz: Unprogrammiert
Lang: Unprogrammiert
Los: Relais-Timer: 1------- in 0.30 Sek
Taste B3 • Mischer etwas auf
(1) -> Segment 0, Modul 41 "Heizung 2"
Kurz: Unprogrammiert
Lang: Relais-Timer: 12------ in 0.30 Sek
Los: Unprogrammiert
Taste B4 • Mischer etwas auf
(1) -> Segment 0, Modul 41 "Heizung 2"
Kurz: Unprogrammiert
Lang: Relais-Timer: 12------ in 3.00 Sek
Los: Unprogrammiert
Die Mischersteuerung ist noch nicht getestet.
Zusammenfassung
Mit LCN lassen sich auch komplexe Heizungssteuerungen realisieren. Dies ist nur ein Musterbeispiel und soll eine Grundlage darstellen. Die Vorstellungen, wie eine Regelung am besten sein sollte sind sehr individuell. Mit dem nötigen Programmieraufwand lassen sich noch weitere Funktionen integrieren.
- Boilersteuerung
- Nachtabsenkung
- Mehrere Mischer mit unterschiedlichen Temperaturen
- Anpassung der Vorlauftemperatur an die Abweichung der Zimmertemperaturen
- und vieles mehr.
Für eine Visualisierung stehen alle Werte direkt im LCN System zur Verfügung.