Wasserführender Kaminofen und Sonderfunktionen

Der Abbrand des Kaminofens wird nicht aktiv gesteuert sondern ergibt sich einfach aus der nachgelegten Holzmenge. Die Steuerlogik dient vielmehr dazu, die beim Abbrand freigesetzte Wärmeenergie möglichst effektiv in den Pufferspeicher einzulagern. Dazu wird uuml;ber einen Mischer erwärmtes Wasser aus dem Kreislauf des Kaminofens abgezogen, in den Pufferspeicher eingespeist und zugleich kühleres Wasser aus dem Puffer in den Kaminkreislauf geleitet.

Im Kaminkreislauf zirkuliert dabei relativ heißes Wasser, so dass der im Ofeneinsatz eingebaute Wärmetauscher bei relativ hoher Temperatur betrieben wird. Dies beugt übermäßiger Rußablagerung auf dem Wärmetauscher vor, die die Wärmeübertragung behindern und so den Wirkungsgrad verschlechtern würde.

Regelung wasserführender Kaminofen

Der Kaminkreislauf wird aktiviert, sobald der Vergleich KaminAktiv einen Temperaturanstieg im Wärmetauschersensor S11 über eine feste Schwelle von 60°C detektiert. Die Umwälzpumpe A6 im Kaminkreislauf wird daraufhin mit konstanter Drehzahl eingeschaltet und die Mischerregelung MischKamin freigegeben. Das Wasser im Kaminkreislauf wird nun zunächst im geschlossenen Kreislauf umgepumpt (Mischer geschlossen) und aufgeheizt. Damit es in den Pufferspeicher eingespeist werden kann, muss es mindestens eine Temperatur erreichen, die größer als THeizungsunterstützung ist. Die Analogfunktion MAX(An)4 begrenzt dabei die Solltemperatur im Kaminkreislauf nach unten auf ca. 70°C und gibt diese Temperatur an die Mischerregelfunktion MischKamin weiter. Diese regelt dann die Temperatur des zum Wärmetauscher fliessenden Wassers (S3) durch Öffnen oder Schließen des Mischers A10/A11. Steigt diese Temperatur an, so wird der Mischer geöffnet und kühles Wasser aus dem Puffer in den Kaminkreislauf gemischt. Gleichzeitig wird dabei heißes Wasser aus dem Kaminkreislauf abgezogen und in den Puffer geleitet. Der Wärmemengenzähler S14/S15 misst die dabei eingespeiste Leistung. Der Mischer arbeitet hier also im inversen Modus, anders als z. B. der Mischer für Heizkreisläufe, da in diesem Fall ja der Kaminofen die Wärmequelle und der Pufferspeicher die Wärmesenke darstellen.

Die Referenztemperatur für die Heizungsunterstützung wird an mehreren Stellen in der Regelung als Eingangsgröße verwendet. Sie berechnet sich nach folgendem Algorithmus:

Referenztemperatur Heizungsunterstützung

Demnach ist THeizungsunterstützung=Min(TPuffer-Mitte,Max(TPuffer-Unten,TVorlauf-FBH-Soll)), was folgende Wirkung auf die Regelung hat:

  • TPuffer-Unten ist auf Grund der Schichtung die kleinste Temperatur im Puffer. Diese muss mindestens erreicht werden, weil sonst kein Wärmeeintrag in den Puffer stattfinden würde.
  • TVorlauf-FBH-Soll ist die aktuelle Solltemperatur des FBH-Vorlaufs, die die UVR1611 aus der Außentemperatur errechnet. Sie bildet ebenfalls eine untere Grenze der Einspeisetemperatur, weil kälteres Wasser von der FBH nicht genutzt werden kann.
  • Der größere der beiden Werte ergibt dann die Einspeisetemperatur.
  • Im ungünstigen Fall kann es jedoch sein, dass bei leerem Puffer die Solarleistung nicht ausreicht, um TVorlauf-FBH-Soll zu erreichen. Es würde dann kein Eintrag in den Puffer erfolgen, selbst wenn die Solarleistung dafür noch ausreichen würde. Die Einspeisetemperatur wird daher durch TPuffer-Mitte nach unten begrenzt, so dass ein Laden des unteren Pufferbereiches stattfinden kann, selbst wenn dadurch nicht unmittelbar die Heizung unterstützt werden kann. Die Wärmeenergie wird so in jedem Fall gespeichert, so dass weniger Energie für ein Nachheizen durch die Gastherme aufgewendet werden muss. Dies entspricht in etwa der klassischen Rücklaufanhebung.

Gastherme, Solaranlage und Kaminofen werden durch die UVR1611 unabhängig voneinander gesteuert, so dass normalerweise ein Parallelbetrieb erfolgt. Es besteht allerdings eine mittelbare Wechselwirkung über die Temperaturen in der Anlage, die sich beim Betrieb der Systeme ändern und an anderer Stelle wieder als Steuer- oder Führungsgrößßen herangezogen werden. In der Praxis zeigen sich allerdings Situationen, in denen dieses automatische Zusammenspiel der Teilsysteme noch optimiert werden kann:

  • Wenn der Kamin befeuert wird, dann speist er ausreichend warmes Wasser in den Puffer und gibt genug Wärme über Strahlung und Warmluft an das Haus ab so dass der Gasbrenner normalerweise abgeschaltet werden kann.
  • Dasselbe gilt für die Solaranlage. Auch hier wird bei Sonnenschein genügend Wärmeenergie gesammelt, um damit das Haus beheizen zu können. Die großen Südfenster tragen ebenfalls bei, so dass auch in diesem Fall die Gastherme nicht mehr zu Heizung benötogt wird. Allerdings müssen hier Warmwassermodus und Heizungsmodus getrennt voneinander betrachtet werden.
  • Wenn allerdings die Aussentemperatur sehr gering ist, dann reicht die Solarleistung ausserhalb der Mittagsstunden nicht für den Heizbetrieb aus und die Solaranlage arbeitet lediglich unterstützend.
  • Dasselbe gilt für den Heizbetrieb mit dem Kaminofen. Dessen mittlere Leistung reicht bei sehr tiefen Aussentemperaturen ebenfalls nicht mehr fü den Heizbetrieb aus, zumindest wenn nur gelegentlich Holz nachgelegt wird. Hier spielt auch eine Rolle, dass der Kaminofen relativ heißes Wasser erzeugt, das im Puffer nach oben steigt und damit nicht unmittelbar für den Heizbetrieb zur Verfügung steht, weil es sich (korrekterweise) zunächst im Warmwasserbereich des Puffers befindet.
  • Wenn bei kalten Aussentemperaturen in der Übergangszeit die Leistung der Solaranlage gerade für den Heizbetrieb ausreicht, dann kann eine kurzzeitige Verschattung der Solaranlage durch eine Wolke die Vorlauftemperatur soweit abfallen lassen, dass der Brenner wieder angefordert wird. Ein Sonne-Wolken-Mix kann so zu unerwünschtem Taktbetrieb des Brenners führen.
  • Umgekehrt können bei kalten Aussentemperaturen und bewölktem Himmel vereinzelte sonnige Abschnitte kurzzeitig genug Solarleistung zur Heizungsunterstützung erzeugen, so dass nach der normalen Logik der Brenner abgeschaltet wird, nur um kurze Zeit später wieder neu zu starten.

Zur Behandlung dieser Spezialfälle habe ich vor die auf diesen Seiten beschriebenen Regelalgorithmen eine Logik gesetzt, die die Freigaben von Fußbodenheizung und Gastherme steuert. Eventuelle Sperren aus diesen Bedingungen wirken nur auf den Betrieb der Gastherme. Solaranlage und Kaminofen bleiben unbeeinträchtigt, weil wir zum einen Sonnenenergie einsammeln wollen, wann immer dies möglich ist und zum anderen der Kaminofen ohnehin nicht nach bestimmten Regeln beheizt und nachgeschürt wird.

Die erstgenannten Punkte können durch einfache Abfrage von Bedingungen in der Steuerung umgesetzt werden. Die Sonne-Wolken-Problematik erfordert allerdings eine Analyse des Tastverhältnisses (Duty-Cycle) der Solarleistung, denn an einem wolkigen Tag mit nur kurzen sonnigen Abschnitten soll der Gasbrenner kontinuierlich betrieben werden, während an einem sonnigen Tag mit einzelnen Wolken der Gasbrenner abgeschaltet bleiben soll.

Sonne-Wolken-Detektion

Wir ermitteln dieses Tastverhältnis durch eine zeitliche Mittelung der Pumpendrehzahl im Sekundärkreislauf der Solaranlage mit der Analogfunktion FILTER1. Die Drehzahl ist größer als 0, solange die Anlage in Betrieb ist und gleich 0, wenn die Solaranlage nicht arbeitet, so dass der zeitliche Mittelwert ein Maß dafür ist, wie oft und mit welcher Leistung die Solaranlage im Mittelungszeitraum (20 - 30 min) in Betrieb war. Mit dem Vergleich VERGL1 vergleichen wir diese gemittelte Drehzahl mit einem festen Wert. Liegt sie über diesem Wert, so gehen wir von einem stabilen Solarertrag aus, also einem sonnigen Tag mit einzelnen Wolken, liegt er darunter, so haben wir es nur mit einzelnen kurzen sonnigen Abschnitten bei ansonsten bedecktem Himmel zu tun. Diese Analyse führen wir für den Warmwassermodus und den Heizungsmodus der Solaranlage getrennt aus.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Mittelwert neben der reinen Einschaltzeit über die Drehzahl auch die eingestrahlte Leistung berücksichtigt. Würde man nur die reine mittlere Einschaltzeit berechnen wollen, so müsste der Filter am Eingang den Digitalwert des Einschaltzustands verarbeiten, was allerdings auf Grund eines Fehlers in der Firmware der UVR1611 (zu dessen Behebung sich die Herstellerfirma derzeit leider nicht in der Lage sieht, Stand 21.12.12) zu falschen Ergebnissen führt.

Die übrigen Spezialfälle bilden wir durch Logikbausteine ab:

Regelung Heizungsanlage Sonderfunktion
  • Der Vergleich VERGL5 vergleicht die Au&Szlig;entemperatur (S 12) mit einem festen Wert und entscheidet so, ob "Winter" vorliegt. In diesem Fall wird zum einem die solare Warmwasserbereitung blockiert und die Solaranlage in den reinen Heizungmodus gebracht. Zum anderen wird die FBH auch bei Sonnenschein oder Kaminbetrieb nicht blockiert, weil die Solarleistung oder die Kaminleistung (bei nur gelegentlichem Nachschüren) unter Umständen nicht die gesamte benötigte Heizleistung aufbringen.
  • Die Logikfunktion ODER7 kombiniert die Stabilitätsprüfung der solaren Warmwassererzeugung und den Betriebszustand des Kaminofens. Der inverse Ausgang wirkt als Freigabe der Anforderung Warmwasser WW_ANF, so dass die Warmwassererwärmung per Gasbrenner gestoppt wird, wenn entweder eine stabile Warmwassererzeugung über die Solaranlage möglich ist oder der Kaminofen angefeuert wurde.
  • Dieselbe Funktionalität ist durch die Logikfunktion ODER8 für den Betrieb der Fußbodenheizung realisiert.
  • Die Logikfunktion UND1 kombiniert das Schaltsignal von ODER8 mit der Bedingung "Nicht-Winter" und sperrt ggf. die Heizungsanforderung. Über die Freigabe von UND1 wird die Heizungsanforderung auch gesperrt, wenn gleichzeitig die Warmwasseranforderung vorliegt, so dass stets nur eine der beiden Anforderungen des Brenners aktiv ist.

Hydraulikschema Kaminofen

A 6 A 11 A 10 S 3 S 5 S 6 S 7 S 11 S 15 S 14
updated 15.03.2016 Sitemap