Die einfachen Grundlagen der selbst-optimierenden Regelung
 

Bei thermischen Solaranlagen wurden bisher in einer Temperatur-Differenz-Regelung mit fest eingestellter Hysterese ausschließlich die Temperaturen im Kollektor und im Wärmespeicher als Regelgrößen für die Regelung der Pumpe bewertet.

Die neu entwickelte Energie-Differenz-Regelung optimiert den Wirkungsgrad in Bezug auf den Wärmespeicher, indem sie die Volumina und Temperaturen von Kollektor, Leitungen und Wärmespeicher in den Schaltbedingungen für die Pumpe berücksichtigt.

Die in konventionellen Regelungen fest einstellbare Einschalttemperaturdifferenz zwischen Kollektor und Speicher wird in der neu entwickelten Regelung in Abhängigkeit von der Kollektorvorlauf-Temperatur moduliert.

Regelungsbedingte Wärmeverluste für den Wärmespeicher werden vermieden, weil die Solarkreispumpe nur dann einschaltet, wenn die dem Wärmespeicher über den Wärmetauscher-Vorlauf zugeführte Energie größer ist als die über den Wärmetauscher-Rücklauf entnommene; der Anlagen-wirkungsgrad und damit der Wärmeertrag wird wesentlich verbessert.

In den grundlegenden Regelalgorithmen (HLH Bd. 48/97, S. 24ff. - siehe Download) wird die Energie Qinput (1.2), die dem Speicher über den Wärmetauscher in einem festgelegten Pumpintervall (1.1) zugeführt wird, derjenigen Energie Qoutput (1.3) gegenübergestellt, die dem Speicher gleichzeitig entnommen wird.

Die zugeführte Energie ist die Summe der im Wärmeträgerfluid gebundenen Energie innerhalb des Kollektors, des Leitungsabschnitts des Kollektorvorlaufs außerhalb des Gebäudes und des Leitungsabschnitts des Kollektorvorlaufs innerhalb des Gebäudes.

Pump,min = VK + Va + Vi (1.1)
Qinput = c r VK TK + c r Va Ta + c r Vi Ti (1.2)
Qoutput = c r (VK + Va + Vi) (1.3)

c = spezifische Wärmekapazität des Wärmeträgerfluids
r = spezifisches Gewicht des Wärmeträgerfluids

Aus diesen Energien wird durch gleichsetzen von (1.2) und (1.3) die Null-Bilanz- Bedingung (1.4) für den Wärmespeicher entwickelt.

Qinput = Qoutput (1.4)

Die Auflösung dieser Gleichung nach der Kollektortemperatur TKoll ergibt diejenige Kollektor-Mindest-Temperatur, die erreicht sein muß, um einen energetisch neutralen Umlauf im Kollektorkreis, bezogen auf den Wärmespeicher, zu haben. Das additive Glied D T1 in Gleichung (1.5) bestimmt den in einem Pumpvorgang erfolgenden Eintrag in den Speicher.

TKoll, einsch > (Va/VK) (TWT,out - Ta) + (Vi/VK) (TWT,out - Ti) + TWT,out + D T1 (1.5)

Gleichung (1.5) ist die einfache Bedingung zum Einschalten der Solarkreispumpe.

Wie man leicht erkennen kann, berechnet die Regelung bei im Bezug auf den Speicher kalter Leitung ein hohes, variables D T, bei warmer Leitung reduziert sich dieses D T auf das eingestellte D Tmin.(entsprechend D T1 in Gleichung (1.5)).

Folgende Werte werden müssen über das Display eingegeben werden:

sowie D Tmin und D Tmax .


Der ausführliche Aufsatz von Volker Böhringer hierzu erschien in der VDI-Zeitung HLH (Bd. 48, 1997; Nr. 1, Seite 24ff.) und kann hier im Adobe Acrobat-Format (*.PDF) downgeloaded werden.

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