Gasinfrarot-Heizungen

Möglichkeiten der Regelung und Überwachung

Dr. Andreas Kämpf

Regelungs- und Steuerungssysteme sind wesentliche Bestandteile einer gut funktionierenden Heizungsanlage. Sie sollen neben der direkten Anpassung der Raumtemperatur an wechselnde Einflüsse, wie Außentemperatur, Sonneneinstrahlung oder produktionsbedingte Wärmequellen, vor allen Dingen Energie sparen. Die Regelung und Steuerung von modernen Gasinfrarot-Strahlern stellt besondere Ansprüche. Die Strahlungskomponente ist entscheidender Einflußparameter bei der Auslegung der Empfindungstemperatur und muß somit in das Regelungskonzept integriert werden.

Gasinfrarot-Heizsysteme

Gasinfrarot-Strahler stellen aufgrund der direkten Energieumwandlung am Arbeitsplatz und der sehr kurzen Aufheizzeiten ein besonders effizientes Hallenheizsystem dar. Gasinfrarot-Strahler werden systembedingt in Hell- und Dunkelstrahler unterteilt. Hellstrahler (Bild 1) werden durch einen vollvormischenden Gasinjektorbrenner direkt beheizt und geben über Keramikplatten den überwiegenden Teil der eingesetzten Energie als Strahlung in den Aufenthaltsbereich ab. Der hohe Anlagenwirkungsgrad sowie die geringen Installations- und Betriebskosten erklären die zunehmende Bedeutung dieser Systeme für den Bereich der gewerblichen Gebäudebeheizung. Dunkelstrahler bestehen aus einem geraden oder U-förmig gebogenen Strahlungsrohr, das durch innere Gasverbrennung auf ca. 400 bis 500°C erwärmt wird. Auch diese Systeme emittieren hohe Strahlungsleistungen und tragen damit zu einer effizienten Energienutzung bei.

Bild 1: Hellstrahler in einer Industriehalle.

Regelungstechnik

Aus Untersuchungen ist bekannt, daß eine Abweichung der Raumtemperatur um 1°C vom Sollwert nach oben, einem Energiemehrverbrauch von ca. 6% entspricht. Aus diesem Grunde sind die Präzision der Meßeinrichtung, die Ansprechgeschwindigkeit und die Regelgenauigkeit von großer Bedeutung.

Die Auswahl der richtigen Regelungsanlage ergibt sich aus der Benutzercharakteristik, der Raumgröße, der Temperaturgenauigkeit sowie der Art der Beheizung (Teil- oder Vollraumbeheizung).

Die Regelung von Gasinfrarotstrahlungsheizungen kann einstufig, zweistufig oder modulierend erfolgen. Für Anlagen, bei denen hohe Anforderungen an den Regelungskomfort gestellt werden, empfiehlt sich eine zweistufige Regelung. Diese Regelung deckt den Bereich 100% bis 50% der Wärmeleistung ab. Ist die Wärmeanforderung noch geringer, kann durch Gruppenabschaltung bestimmter Strahler die Leistung der Anlage weiter gesenkt werden.

Die empfundene Temperatur tr in einem Gebäude stellt eine Kombination aus der Luft- und der Strahlungstemperatur dar.

t_r = t_l + t_s

Aus diesem Grund ist es zwingend erforderlich, einen speziellen Fühler einzusetzen, der sowohl die Luft- als auch die Strahlungstemperatur erfaßt. Spezielle Raumtemperaturfühler berücksichtigen nicht nur die Luft- und Strahlungstemperatur, sondern erfassen Einflüsse, wie Maschinenwärme, Sonneneinstrahlung, kalte Umschließungsflächen, etc.

Bild 2: Doppeldüse für Hellstrahler.

Doppeldüse

Gasinfrarotstrahler werden vorwiegend druckgeregelt in ein oder zwei Stufen betrieben. In gewerblichen Hallen mit geringen Gasversorgungsdrücken ist ein zweistufiger Betrieb von Gasinfrarotstrahlern aufgrund des geringen Druckpotentials schwierig bzw. unmöglich.

Eine neue Doppeldüse (Bild 2) garantiert auch bei niedrigsten Gasdrücken eine volle zweistufige Betriebsweise der Heizsysteme. Die Leistungsregulierung wird nicht wie bisher über eine Druckänderung, sondern bei gleichem Druck über veränderbare Düsenquerschnitte, vorgenommen. Der Durchsatz wird durch eine Gasdüse mit zwei Bohrungen mit Hilfe eines gesteuerten Verschlußzapfens bestimmt. Sind beide Bohrungen geöffnet, so beträgt die Strahlerleistung 100%. Durch Verschließen einer Bohrung, fließt nur noch aus der Nebendüse Gas aus. Die Leistung beträgt jetzt nur noch 50% der Nennwärmebelastung des Strahlers bei gleichbleibendem Düsendruck.

Steuerungen

Einfache Steueranlagen werden vor allem bei Einzelstrahlern oder kleineren Strahlergruppen zur Teilflächenbeheizung eingesetzt. Folgende Ausführungen sind:

Einstufige Handschaltkästen zur EIN/AUS-Schaltung mit oder ohne Ventilatoransteuerung
Zweistufige Handschaltkästen zur Zweistufen-Schaltung (100%-50% - AUS) mit oder ohne Ventilatoransteuerung
Steuerung mit Zeitschaltuhr zur kurzfristigen Inbetriebnahme der Strahler z.B. für Tennisanlagen, Driving-Ranche oder ähnliches.

Bild 3: Vollautomatische Regelungsanlage für Gasinfrarot-Strahler.

Regelungen

Zum Standard einer zeitgemäßen Heizung gehört ein Temperaturregelsystem, das beliebige Temperatursollwertvorgaben, ein flexibles festlegen von Schaltzeiten der Heizungsanlage sowie die Anpassung der Leistung an beliebige Betriebsbedingungen, z.B. Nachtabsenkung, Einzelplatzbeheizung usw., ermöglicht. Folgende Regelungsanlagen sind standardmäßig erhältlich:

Regelungsanlagen mit bis zu vier Regelkreisen, je nach Strahlerausführung ein- oder zweistufig, unterschiedlich in ihren Tages- und Nachttemperaturen programmierbar
Regelungsanlagen mit integrierter Ventilatoransteuerung (Bild 3), Digitaluhr, Schalter für Sommerlüftung, Einschaltoptimierung in Abhängigkeit der Außentemperatur usw.

Mikroprozessor Regelung

Mikroprozessorgesteuerte Regelungsanlagen (Bild 4) erlauben die zentrale Steuerung und Überwachung komplexer Heizungsanlagen sowie die individuelle Anpassung an jede Heizungsaufgabe.

Mikroprozessorgesteuerte Temperaturregelsysteme überwachen und regeln beliebig viele Heizkreise. Jeder dieser Regelkreise kann zusätzlich in Schaltgruppen aufgeteilt werden, um auch innerhalb eines Regelkreises eine hohe Flexibilität in der jeweiligen Heizzone zu ermöglichen. Die automatische Einschaltoptimierung nimmt die Heizungsanlage vor Arbeitsbeginn so in Betrieb, daß in Abhängigkeit der Außentemperatur und der Hallenrestwärme die gewünschte Solltemperatur zu Arbeitsbeginn erreicht wird. Für jeden Regelkreis wird ein programmierbares Zeit- und Temperaturprogramm (Ein- und Mehrschichtbetrieb) festgelegt. Bei abgeschalteter Heizungsanlage ist eine automatische Frostfreihaltung sichergestellt.

Bild 4: Mikroprozessor-Regelung für Gasinfrarot-Strahler.

Mit ZLT-Software (zentrale Leittechnik) lassen sich durch Kombination mehrerer Mikroprozessor-Regelungen maximal 100 Regelkreise von zentraler Stelle überwachen, regeln und bedienen.

Dem Anwender werden die Hallengrundrisse mit den entsprechenden Zonentemperaturen und die Schaltzustände der Regelkreise auf dem Bildschirm in grafischer Form angezeigt. Die Programmierung sämtlicher Regelkreise erfolgt zentral über die ZLT-Software. Wird in die Gaszuleitung ein Gaszähler mit Impulsgeber eingesetzt, so lassen sich der stündliche Gasdurchfluß mit der zugehörigen Außentemperatur sowie der kumulierte Gasverbrauch grafisch darstellen und für statistische Zwecke abspeichern.

Für den Einsatz von Gasinfrarot-Strahlern stehen somit unterschiedlichste Regelungskonzepte zur Verfügung, die den effizienten Umgang mit dem Brennstoff Gas garantieren und auf die unterschiedlichsten Bedürfnisse der Betreiber zugeschnitten werden können.

B i l d e r : GoGas Goch GmbH & Co., Dortmund

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