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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Heizsystem und ein Verfahren zur adaptiven Regelung eines Heizsystems.
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Zur ganzjährigen Einhaltung von Komforttemperaturen in Immobilien werden diese beheizt. Mit Hilfe von Wärmeverteilungs- und -übergabesystemen wird die Wärme von den Wärmeerzeugern in die einzelnen Räume transportiert. Die Aufgabe eines Regelungssystems zur Heizungsregelung liegt darin, festzustellen, wann die Wärmeerzeugung zur Erhaltung der Komforttemperaturen erfolgen muss und mit welcher Intensität. Für die Effizienz der Wärmeerzeuger ist entscheidend, wie der Wärmeerzeuger angefordert und geregelt wird. Eine weitere Aufgabe liegt darin, die Raumtemperatur für jeden Raum separat zu regeln, um Störungen (Sonneneinstrahlung, Fensteröffnungen, Türöffnung o.ä.) zu kompensieren.
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Stand der Technik sind insbesondere Einzelraumtemperaturreglung in Kombination mit der witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung. Die Einzelraumtemperaturreglung erfolgt z. B. mit Hilfe von konventionellen Thermostatköpfen, die direkt an einem Heizkörperventil angebracht sind und/oder mit Hilfe von elektronisch geregelte Einzelraumtemperaturregelsystemen mit motorischen Antrieben und digitalen Reglern.
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Thermostatköpfe regeln durch Ausdehnungselemente den Volumenstrom und damit die Leistungsabgabe über die Wärmeübergabesysteme, in der Regel Heizkörper. Diese Regler arbeiten rein analog als P-Regler. Durch manuelles Verstellen eines Offsets kann die Temperatur im Raum erhöht und verringert werden. Wichtig ist dabei, dass diese Regelung nicht die Raumtemperatur garantieren kann, weil sie stark abhängig von der Güte der Auslegung und Einstellung der Hydraulik durch den Fachhandwerker ist. Der Nutzer muss hier die Reglung selbst übernehmen. Häufig neigen die Systeme zum regelungstechnischen Überschwingen. Aus diesem Grunde sind alternativ Systeme bekannt, die digital die Einzelraumtemperaturreglung realisieren. Dazu werden Temperatursensoren in den Räumen installiert, die Werte in einem Regler mit Sollwerten verglichen und Stellsignale an Heizkörperventilaktoren übermittelt, die die Leistungsabgabe der Heizkörper entsprechend regeln. Bekannte Regler sind 2-Punkt-Hystereseregler mit oder ohne Vorverlegung von Schaltpunkten und PID-Regler. Dabei ist bekannt, dass gerade PID-Regler schwierig zu parametrieren sind, vor allem derart, dass sie allgemeingültig für unterschiedliche Heizsysteme und Gebäude gelten. Dies führt ebenfalls zu thermisch schwingenden Raumtemperaturen. Den meisten ist gemein, dass sie rein die Einzelraumreglung realisieren, dabei aber keine Rückmeldung an den Wärmeerzeuger geben.
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Parallel zu der Einzelraumregelung wird die Vorlauftemperatur witterungsgeführt. Dabei wird die Soll-Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur anhand eines vom Fachhandwerker eingestellten Parametersatzes fest vorgegeben. Ob dieser Parametersatz allerdings für den Wärmebedarf und das Wärmeverteilungs- und Wärmeübergabesystem der jeweiligen Immobilie durch z.B. Berechnung oder Abschätzung passt, wird nicht direkt transparent. Vielmehr zeigt sich erst nach einer gewissen Zeit, ob der Wärmeerzeuger zu viel (Gebäude-Überhitzung) oder zu wenig (Gebäude-Unterkühlung) Wärme bereitstellt. Der Nutzer reklamiert ein nicht funktionierendes System. Fachhandwerker müssen nachjustieren. Dies erfolgt in den meisten Fällen durch Verstellen der Heizkurve zu höheren Sollvorlauftemperaturen und/ oder Erhöhung der Pumpendrehzahlen, um höhere Volumenströme zu generieren. Dabei wird die Systemtemperatur derart erhöht, dass die Unterkühlung in den kritischen Gebäudeteilen verhindert wird. In den anderen Gebäudeteilen steigt hingegen die Überhitzungsanfälligkeit bzw. die Sensibilität auf Eingriffe der installierten Einzelraumregelungen. Das Heizsystem neigt zum regelungstechnischen Schwingen. So wird das Minimum an Komforttemperatur sichergestellt, eine zufriedenstellende Effizienz und Regelgüte wird nicht erreicht.
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Um diese Regelung zu verfeinern sind Systeme bekannt, die über repräsentative Führungsräume oder Führungszonen in der Lage sind, direkt die dortigen Ist-Temperaturen dazu zu verwenden, die Vorlauftemperatur in Maßen zu korrigieren. Bekannt sind dabei Probleme, dass der Führungsraum im Komforttemperaturbereich liegt, andere Räume, die vom gleichen Erzeuger versorgt werden, allerdings auskühlen.
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Zudem beeinflussen mehrere Faktoren das Heizsystem sowie die Regelung der einzelnen Räume. Dies sind die Charakteristik des Wärmeerzeugers, die hydraulischen Randbedingungen, z.B. Heizkörperregelventilcharakteristik, hydraulischer Abgleich, die Art der Heizkörper sowie die Charakteristik, Nutzung und Ausstattung des Gebäudes.
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Aus der Patentanmeldung
EP 2354682 A2 ist ein Regelverfahren bekannt, in dem Räume mit einem erweiterten 2-Punktregler in Schwingungen versetzt werden, wobei klar in Beheizungs- und Auskühlteilzyklen unterschieden werden kann. Dabei liegt die Temperatur des Raums immer zwischen einer oberen und unteren Grenztemperatur (Hysterese-Grenze). Durch rechtzeitiges Ab- oder Anschalten, durch Öffnen und Schließen des Heizkörperventilaktors am Wärmeübertrager, werden diese Temperaturgrenzen annähernd ohne Über- oder Unterschwinger eingehalten (2-Punkt-Hysterese-Regler mit adaptiver Vorverlegung von Schaltpunkten). Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Zyklen der einzelnen Räume nicht koordiniert sind. Für das Heizgerät hat dies zur Folge, dass abhängig von den einzelnen Frequenzen der Zyklen der einzelnen Räume sowie der jeweils übertragenen Wärmeleistung an jeden Raum die vom Heizgerät abgeforderte Wärmemenge stark schwankt. Dadurch ist es nicht möglich, das Heizgerät in einem besonders energieeffizienten Arbeitspunkt zu betreiben.
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Aus der Patentanmeldung
WO 2004/083733 A1 ist es bekannt, bei einem Heizsystem innerhalb einer definierten Zeitspanne einen spezifischen Werte für die Wärmeanforderung für jeden Heizkörper zu bestimmen, diesen mit den Werten aller anderen Heizkörper zu vergleichen und die Einstellung des Heizkörpers mit dem niedrigen spezifischen Wärmebedarf so zu verhindern, dass ein Wärmebedarf erhöht wird.
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Weiter ist aus der
EP 2 896 895 A1 ein Verfahren zur adaptiven Regelung eines Heizsystems bekannt, bei dem zyklisch mehrere Verfahrensschritte durchlaufen werden. Es wird zunächst davon ausgegangen, dass das Heizgerät keine Wärme erzeugt. Die einzelnen Räume weisen Temperatursensoren zum Messen der Raumtemperatur auf. Sobald einer der Räume eine Temperatur unterhalb eines unteren Schwellenwertes aufweist, sendet ein Steuergerät im Raum eine Anforderung von Wärme an das Heizgerät oder an eine übergeordnete Steuerung. Das Heizgerät liefert nun so lange Wärme, bis die Temperaturen aller Räume oberhalb eines oberen Schwellenwertes liegen, danach wird das Heizgerät wieder abgeschaltet. In den Räumen, in denen die Temperatur den oberen Schwellenwert erreicht haben, bevor das Heizgerät abgeschaltet wird, wird ein Stellventil, welches den Durchfluss des Wärmeträgermediums durch den Heizkörper steuert, geschlossen. Anschließend wird so lange gewartet, bis wieder einer der Räume Wärme anfordert. Diejenigen Räume, in denen die Temperatur den oberen Schwellenwert erreicht hat, bevor das Heizgerät abgeschaltet wird, wurden mit zu viel Wärme versorgt. Daher wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Öffnungsgrad des Stellventils in dem Maße reduziert, wie zuviel Wärme bereitgestellt wurde. Dadurch passen sich auch thermisch günstigere Räume durch das Reduzieren des Öffnungsgrads des Stellventils an den thermisch ungünstigsten Raum an. Dies hat zur Folge, dass die Aufheizperioden aller Räume gleich lang sind und somit synchron erfolgen. Dadurch kann ein Heizgerät, insbesondere ein Brennwert-Heizgerät in einem Betriebspunkt mit hoher Effizienz betrieben werden.
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In dem dort offenbarten Heizsystem ist eine niedrige Vorlauftemperatur besonders energieeffizient. Daher wird die Leistung des Heizgeräts reduziert. Es hat sich herausgestellt, dass durch die adaptive Anpassung der Öffnungsgrade der Stellventile der thermisch günstigeren Räume eine besonders feinfühlige Regelung auch in einem kontinuierlichen Betrieb möglich ist. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass der kontinuierliche Betrieb dadurch definiert ist, dass der Schritt des Betreibens des Heizgerätes und des Bereitstellens von erwärmtem Wärmeträgermedium als Reaktion, sobald einer der Räume Wärme angefordert hat, wobei die Stellventile aller Räume mit einem individuellen Öffnungsgrad geöffnet sind, über einen längeren Zeitraum, beispielsweise einer halben bis zu mehreren Stunden, durchgeführt wird.
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Das vorstehend genannte Verfahren bzw. das offenbarte Heizsystem hat sich bereits sehr gut bewährt. Allerdings wurde erkannt, dass das Heizsystem noch nicht ohne weiteres für bestehende Immobilien nachrüstbar ist bzw. bei der Installation einen erhöhten Aufwand erfordert. Dies gilt insbesondere für die Integration und Einrichtung der übergeordneten Steuereinheit.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine Vorrichtung zur Regelung eines Heizsystems bereitzustellen, die flexibel, platzsparend und/oder mit geringerem technischem Aufwand einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen, ein entsprechend eingerichtetes Heizsystem und ein Verfahren zu dessen Betrieb sind in den abhängigen Ansprüchen angeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale einzeln und beliebig miteinander kombinierbar sind und ggf. mit Merkmalen der Beschreibung präzisiert werden können. Die Beschreibung erläutert die Erfindung und gibt weitere Ausführungsbeispiele an, insbesondere mit Blick auf die beiliegende Figur.
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Hierzu trägt eine Vorrichtung für ein Heizsystem bei, mit dem die Temperatur mehrerer Räume einstellbar ist und welches mindestens ein Heizgerät zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums und ein Verteilsystem zum Fördern des Wärmeträgermediums in die mehreren Räumen umfasst. Das Verteilsystem weist ein Kontrollaggregat auf, welches zumindest folgendes umfasst: einen Abschnitt eines Vorlaufs für das Wärmeträgermedium, einen Abschnitt eines Rücklaufs für das Wärmeträgermedium, eine Umwälzpumpe für das Wärmeträgermedium und eine Kontrolleinheit zur Regelung des Heizsystems.
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Die Vorrichtung kann eine separate, ggf. modulartige Baueinheit sein, die ggf. über standardisierte bzw. passende Anschlüsse in bzw. an ein (Rohr-)Verteilsystem anordenbar ist.
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Das Heizsystem kann das einer Immobilie, eines Gebäudes oder Ähnliches sein. Das Heizsystem kann ein einzelnes (zentrales) Heizgerät für alle Wohneinheiten der Immobilie sein. Es ist möglich, dass bei einer Immobilie (mindestens) ein (dezentrales) Heizgerät für eine einzelne Wohneinheit des Gebäudes vorgesehen ist. Die bzw. jede Wohneinheit umfasst üblicherweise eine Vielzahl von Räumen, deren Raumtemperatur mit dem Heizbetrieb des Heizsystems einstellbar ist. Hierfür ist vorgesehen, dass mit dem mindestens einen Heizgerät ein (bevorzugt flüssiges) Wärmeträgermedium (insbesondere Wasser) über ein (externes bzw. sich außen anschließendes) Verteilsystem den einzelnen Räumen zugeführt werden kann, so dass dort die Wärme des Wärmeträgermediums bedarfsgerecht abgegeben werden kann. Hierfür kann in dem zu beheizenden Raum mindestens ein Wärmeübertrager vorgesehen sein, der in das Verteilsystem integriert ist und über den die Wärme des Wärmeträgermediums abgegeben wird. In dem Verteilsystem können Stellglieder (insbesondere Ventile, etc.) vorgesehen sein, mit denen die Strömung des Wärmeträgermediums eingestellt (erhöht und/oder reduziert) werden kann.
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Weiter wird hier vorgeschlagen, dass ein Kontrollaggregat in dem Verteilsystem vorgesehen ist, dieses also in das Verteilsystem insbesondere integriert ist. Das Kontrollaggregat umfasst insbesondere Mittel zum Überwachen und/oder (kontrollierten) Einstellen der Strömung des Wärmeträgermediums hin zu den Räumen und/oder zurück von den Räumen. Besonders bevorzugt ist, dass das Kontrollaggregat an einer Stelle des Verteilsystems positioniert ist, dass die gesamte Strömung des Wärmeträgermediums dort hindurch geleitet wird, also insbesondere vor (bzw. stromauf) ggf. existierenden Abzweigungen hin zu und/oder von einem der Räume.
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Das Kontrollaggregat umfasst jeweils einen Abschnitt des (Haupt-)Vorlauf vom Heizgerät hin zu den Räumen und des (Haupt-)Rücklaufs von den Räumen hin zum Heizgerät. Im so genannten Vorlauf wird das vom Heizgerät erzeugte, warme bzw. heiße Wasser gefördert, im so genannten Rücklauf das von den Räumen zurückkommende, kühlere bzw. kalte Wasser. Der Abschnitt kann (jeweils) als Rohrstück ausgebildet sein. Die Abschnitte können parallel und strömungstechnisch voneinander getrennt angeordnet sein. Die Abschnitte können an ihrem jeweiligen Einlass und/oder Auslass einen (standardisierten) Anschluss zur Montage an das weitere (Rohr-)Verteilsystem aufweisen. Bevorzugt ist in bzw. innerhalb eines der Abschnitte, insbesondere (nur) des Vorlaufs, eine einzelne Umwälzpumpe vorgesehen. Die Umwälzpumpe fördert das Wärmeträgermedium hin zu den Räumen und zurück zu dem Heizgerät, insbesondere nach Art eines Kreislaufs.
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Das Kontrollaggregat umfasst weiter eine bzw. die Kontrolleinheit zur Regelung des Heizsystems. Die Kontrolleinheit kann als „übergeordnetes“ Regel- und Steuergerät ausgeführt sein, insbesondere eingerichtet zur Ausführung einer adaptiven Regelung des Heizsystems. Die Kontrolleinheit kann eine Recheneinheit, eine Speichereinheit, Signal- und/oder Datenleitungen, elektronische Komponenten und dergleichen umfassen. Die Kontrolleinheit kann in das Kontrollaggregat integriert, eingehaust und/oder angeflanscht sein.
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Auf diese Weise lässt sich die gewünschte Funktionalität, nämlich die Steuerung eines Verfahrens zur adaptiven Regelung eines Heizsystems, komplett in einer Rohrbaugruppe des Verteilsystems integrieren. Somit kann die Vorrichtung vom Wärmeerzeuger bzw. dem Heizgerät unabhängig gestaltet und/oder montiert werden. Damit ist die Vorrichtung insbesondere unabhängig von den Hersteller-Besonderheiten bei den Heizgeräten. Ein Nachrüsten bestehender Heizungssystem mit dieser Lösung ist somit ermöglicht bzw. besonders einfach. Der hydraulische Abgleich unterschiedlicher Arten von Wärmeerzeugern und Wärmeübertragern ist damit auch vereinfacht. Das hier vorgeschlagene Konzept wendet sich insbesondere von der Vorstellung ab, von einer in dem Heizgerät integrierten Steuerung als Basis auszugehen, was eine Nachrüstung bei Heizgeräten ohne eine entsprechend geeignete Steuerung nicht erlauben würde.
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Das Kontrollaggregat kann von dem mindestens einen Heizgerät entfernt in das Verteilsystem integrierbar ausgeführt sein. Das bedeutet mit anderen Worten insbesondere, dass das Kontrollaggregat nicht Teil des Heizgerätes ist, also insbesondere nicht in dessen Heizgerätgehäuse untergebracht ist. Besonders bevorzugt ist das Kontrollaggregat zwischen dem Heizgerät und dem (zuerst angeströmten) Raum positionierbar. Es ist möglich, dass die Anschlüsse von Vor- und/oder Rücklauf mit Adaptern versehen sind, z.B. auch Rohrumlenkungen, die eine einfache Integration an die bestehenden (externen) Rohrleitungen des Verteilsystems ermöglichen. Bevorzugt ist, dass das Kontrollaggregat von benachbarten Rohrleitungen des Verteilsystems (im Wesentlichen allein) gehalten wird.
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Das Kontrollaggregat kann auch Sensoren zur Kontrolle der Strömung des Wärmeträgermediums durch den Vorlauf und/oder den Rücklauf aufweisen. Hierbei kann mindestens ein Sensor vorgesehen sein, der die Temperatur und/oder den Durchsatz des Wärmeträgermediums durch den Vorlauf und/oder den Rücklauf messen bzw. ermitteln kann. Mindestens einer der Sensoren kann an oder in dem Vorlauf und/oder Rücklauf vorgesehen sein. Es ist bevorzugt, dass sowohl der Vorlauf als auch der Rücklauf mit einem Temperatursensor ausgeführt sind. Es ist möglich, dass an oder in dem Vorlauf und/oder Rücklauf ein Durchsatzmesser (z.B. Volumenzähler) vorgesehen ist. Ein solcher (bevorzugt einzeln vorgesehener) Durchsatzmesser kann mit bzw. in der Umwälzpumpe ausgeführt sein.
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Das Kontrollaggregat kann ein separates Gehäuse aufweisen. Damit kann dieses nach Art eines Moduls oder einer kompakten (abgeschlossenen) Baueinheit bereitgestellt sein. Insbesondere können die Komponenten des Kontrollaggregats vor der Montage vollständig eingerichtet werden. Es ist möglich, dass das Gehäuse mit einer Anzeige und/oder einem Fenster ausgeführt ist, womit bzw. worüber die Kontrolleinheit überwachbar und/oder einstellbar ist. Es können am Gehäuse Bedienelemente für die Kontrolleinheit vorgesehen sein. Es ist möglich, dass das Gehäuse neben den (4) Anschlüssen für Vorlauf und Rücklauf noch elektrische Anschlüsse für eine Energieversorgung und/oder eine Datenkommunikation aufweist.
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Die Kontrolleinheit kann mit mindestens einem Kommunikationselement ausgeführt ist, die zumindest mit einem Heizungssteuergerät oder einem Raumtemperaturfühler kommunizieren kann. Das Kommunikationselement kann insbesondere elektrische Signale und/oder Daten versenden und/oder empfangen. Dafür kann eine kabelgebundene und/oder eine kabel ungebundene Verbindung (z. B. mittels Funks oder eines Netzwerkes) hin zu dem Heizungssteuergerät und/oder dem Raumtemperaturfühler in den Räumen eingerichtet werden. Das Kommunikationselement kann Daten, Informationen und/oder Befehle empfangen bzw. versenden, und diese insbesondere einer Rechen- und/oder Speichereinheit der Kontrolleinheit zur Verfügung stellen bzw. diese von dort abrufen. Das mindestens eine Kommunikationselement kann eine Antenne, ein Datenkabel und ähnliche elektrische Bauteile umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (in einer Immobilie eingerichtetes) Heizsystem vorgeschlagen, mit dem die Temperatur mehrerer Räume einstellbar ist und welches mindestens ein Heizgerät zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums sowie ein Verteilsystem zum Fördern des Wärmeträgermediums in die mehreren Räume umfasst. Dabei ist eine Vorrichtung der hier offenbarten Art im Verteilsystem integriert. Die Erläuterungen zur Vorrichtung können entsprechend auch zur Charakterisierung des Heizsystems vollumfänglich genutzt werden, und umgekehrt.
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Es ist möglich, dass das Heizsystem eine Mehrzahl von Heizgeräten umfasst, die unterschiedlicher Art sind, insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Gasheizgerät, Wärmepumpe.
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Es ist möglich, dass eine Mehrzahl von Wärmeübertrager zur Abgabe der Wärme vom Wärmeträgermedium hin zu einem Raum vorgesehen sind, die unterschiedlicher Art sind, insbesondere ausgewählt aus der folgenden Gruppe: Flächenheizung, Radiator.
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Insbesondere wird die Verwendung einer Vorrichtung der hier offenbarten Art für Heizgeräte und/oder Wärmeübertrager unterschiedlicher Art vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist also flexibel und ggf. unabhängig von der vorliegenden Art der Heizgeräte und/oder Wärmeübertrager einsetzbar, wenngleich natürlich spezifische Einstellung bzw. ein selbstlernender Algorithmus eine Anpassung der Kontrolleinheit und/oder der Betriebsweise des Kontrollaggregats bzw. des Heizsystems ermöglicht sind.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein zum Betrieb eines hier offenbarten Heizsystems vorgeschlagen, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
- a) Anfordern von Wärme durch einen Raum, sobald die Raumtemperatur in diesem Raum einen unteren Schwellenwert unterschreitet,
- b) Betreiben des mindestens einen Heizgerätes und Bereitstellen von erwärmtem Wärmeträgermedium mit Raum-individuellem Umfang als Reaktion,
- c) Beenden der Anforderung durch den Raum, sobald die Raumtemperatur in diesem Raum einen oberen Schwellenwert überschreitet,
- d) Unterbrechen des Betreibens des mindestens einen Heizgerätes und der Bereitstellung von erwärmtem Wärmeträgermedium, sobald alle Räume keine Wärme anfordern,
und wenn Schritt a) wieder initiiert wird,
- i. Bestimmen eines Taktverhältnis aus der Einschaltzeit zwischen Schritt a) und Schritt d) zu der Ausschaltzeit zwischen einem vorherigen Schritt d) und dem zuletzt initiierten Schritt a),
- ii. Anpassen der Leistung bzw. mindestens eines Leistungseinstellelements des mindestens einen Heizgerätes und/oder des Verteilsystems unter Berücksichtigung des bestimmten Taktverhältnisses.
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Ein hier vorgeschlagenes Heizsystem kann eingerichtet sein, dass offenbarte Verfahren auszuführen. Weiter können bei dem Heizsystem (Computer-)Mittel vorgesehen sein, die die Ausführung der Verfahrensschritte veranlassen, kontrollieren, etc. Es ist möglich, das ein Computerprogramm vorliegt, dass für die Kontrolleinheit bestimmt und/oder dort installiert ist, umfassend Befehle, die die Ausführung des Verfahrens veranlassen, kontrollieren, etc..
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Als oberer und unterer Schwellenwert können beispielsweise 20 °C bzw. 22 °C angegeben werden. Es ist möglich, dass nach einer Zuführung einer Wärmeleistung der Verlauf der Temperatur mit einer zeitlichen Verzögerung ansteigt, bis der obere Schwellenwert erreicht wird. Anschließend wird die Wärmeleistung auf 0 % reduziert und der Raum kühlt ab, bis auch der untere Schwellenwert erreicht ist, woraufhin die Wärmeleistung wieder zugeführt wird und sich der Vorgang wiederholt. Durch Berücksichtigung des aktuellen Temperaturwerts und des Gradienten kann ein Überschwingen der Temperatur über die Schwellenwerte verhindert werden. Sobald die Wärmeleistung auf 0 % reduziert wird, fällt die Temperatur mit einer zeitlichen Verzögerung wieder ab. Es ist möglich, die Wärmeleistung auf (nur) 60 % zu reduzieren. Es ist möglich (einzustellen), dass der Gradient der Temperaturverlaufslinie im ansteigenden Bereich kleiner ist, während er im abfallenden Bereich gleich ist. Durch die Reduzierung der Wärmeleistung kann die Frequenz bzw. das Taktverhältnis für jeden Raum individuell verändert bzw. gezielt eingestellt werden.
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Mit diesem Verfahren bzw. einem entsprechend eingerichteten Heizsystem lassen sich verschiedene Vorteile realisieren.
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Optimierung des zyklischen Wärmeerzeugerbetriebs: Wenn der Wärmebedarf des Gebäudes in Summe kleiner ist als die minimale, untere Modulationsleistung des Heizgerätes, kann das Heizsystem zwangsläufig taktet werden. Dabei werden Raumkapazitäten durch Zulassen des Temperaturkomfortbands derart genutzt, dass ein einziger Takt ausreicht, um alle Räume auf Temperatur zu bringen. Einzelne Anforderungen von Einzelräumen werden reduziert (Leistungsbündelung, Übereinanderlegen von Bedarfen).
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Optimierung des kontinuierlichen Betriebs: Sobald der Wärmebedarf des Gebäudes größer ist als die minimale Modulationsleistung des Wärmeerzeugers. Das Regelverfahren kann sofort vom taktenden Betrieb in den kontinuierlichen Betrieb wechseln, wenn dies möglich ist, um möglichst lange kontinuierliche Heizzyklen zu generieren, in denen die Leistungsreglung in der Lage ist, sich dem aktuellen Bedarf direkt anzunähern. Durch die Harmonisierung der Einzelraumwärmebedarfe ist es möglich, die Charakteristik des Wärmeerzeugers / Heizgeräts voll auszunutzen, bzw. das Aufheizverhalten auf die effizienzoptimalen Leistungsmerkmale eines Erzeugers abzustimmen.
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Minimal mögliche Systemtemperaturen im Heizungsnetz: Die Höhe liegt nicht mehr an der Parametrierung des Brennwertgerätes, sondern an der Auslegung des hydraulischen Netzes und den Heizflächen/Wärmeübertragern und ist somit dann für das individuelle System minimal und kann aus regelungstechnischer Sicht nicht mehr weiter beeinflusst werden.
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Automatischer hydraulischer Abgleich: Die Beeinflussung des Volumenstroms eines jeden Heizkörpers durch Öffnen und Schließen, um Raumreaktionen einander anzugleichen, entspricht einer statischen hydraulischen Einstellung, mit dem Vorteil, dass diese nun nicht durch den Fachhandwerker vorgenommen werden muss und damit entsprechend anfällig ist, sondern sich aus den tatsächlichen Gegebenheiten des Gebäudes, der Hydraulik etc. automatisch ergibt.
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Einzelraumtemperaturregelung: Realisierung einer Einzelraumtemperaturregelung mit Vorgabe von Sollwertprofilen.
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„Plug and Play“ Installation für den Fachhandwerker: Dieser muss keine Parametrierung am Brennwertgerät durchführen. Nach der Integration in das Verteilsystems ist ggf. nur die Zuordnung der Sensoren und Aktoren zu Räumen und Vorgabe von Solltempertaturprofilen erforderlich. Der klassische statische Abgleich muss nicht mehr durchgeführt werden, weil durch die Verknüpfung des Einzelraumregelkreises und des Gebäude-Erzeugerregelkreises die Drosselfunktion der Heizkörperventile übergeordnet zur Verfügung steht.
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Das hier offenbarte Verfahren kann insbesondere gemäß der Lehre der eingangs genannten
EP 2 896 895 A1 ausgeführt sein, so dass weiterführende Erläuterungen von dort oder der vorstehenden Einleitung problemlos herangezogen werden können.
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Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden 1 detailliert erläutert, welche ein Heizsystem 2 einer Immobilie 18 mit mehreren Räumen 3 (einer oder mehrerer Wohneinheiten) schematisch zeigt. Die nachfolgenden Erläuterungen zur Figur sollen nur beispielhaft und schematisch sein, den Gegenstand der Erfindung jedoch in keiner Weise beschränken.
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1 zeigt links ein (zentrales) Heizgerät 4, z. B. nach Art eines wandhängenden oder stehenden Gasheizgeräts. Mit dem Heizbetrieb bzw. der Verbrennung wird Wärmeenergie erzeugt, welche über einen (nicht dargestellten) Wärmetauscher in dem Heizgerät 4 auf?? Wasser übertragen wird, welches über einen Vorlauf 7 einem (Rohr-)Verteilsystem 5 bereitgestellt wird. Erkaltetes und wieder aufzuheizendes Wasser wird dem Heizgerät 4 über einen Rücklauf 8 des (Rohr-)Verteilsystems 5 bereitgestellt. Das Heizgerät kann ein eigenes Regel- und Steuergerät (nicht dargestellt) umfassen, mit dem z. B. die Verbrennungsprozesse abgestimmt ausgeführt werden können.
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In das Verteilsystem 5 integriert ist eine Vorrichtung 1, welche ein (einzelnes) Kontrollaggregat 6 umfasst (hier mittig dargestellt). Das Kontrollaggregat 6 weist folgendes auf: einen Abschnitt eines Vorlaufs 7 für das Wärmeträgermedium (erwärmtes Wasser), einen Abschnitt eines Rücklaufs 8 für das Wärmeträgermedium (erkaltetes Wasser), eine (einzelne) Umwälzpumpe 9 für das Wärmeträgermedium und eine Kontrolleinheit 10 zur Regelung des Heizsystems 2.
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Die Abschnitte des Vorlaufs 7 und Rücklaufs 8 sind nach Art von Rohrabschnitten ausgeführt, welche jeweils zwei Anschlüsse 20 zur Montage an weiteren Rohren des Verteilsystems 5 umfassen. Beiden Abschnitten ist ein separater Sensor 11 zur Bestimmung/Messung der Temperatur des die Abschnitte durchströmenden Wärmeträgermediums zugeordnet. Im Vorlauf 7 ist zudem die Umwälzpumpe 9 positioniert, die einen Sensor 11 zur Bestimmung/Messung des Durchsatzes an Wärmeträgermedium umfasst.
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Das Kontrollaggregat 6 ist von dem Heizgerät 4 entfernt angeordnet und weist ein separates Gehäuse 12 auf. In dem Gehäuse 12 ist zudem die Kontrolleinheit 10 mit Kommunikationselement 13 untergebracht, wobei Letzteres eingerichtet ist, (z. B. über die dargestellten Signalleitungen 21) mit mindestens einem Heizungssteuergerät 14 und/oder einen Raumtemperaturfühler 15 in den (entfernten) Räumen 3 zu kommunizieren.
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In den gezeigten Räumen 3 sind getrennt einstellbare Wärmeübertrager 16 vorgesehen, mit denen die Wärme des Wärmeträgermediums an den Raum abgegeben werden kann. Die Strömung durch die Wärmeübertrager 16 kann mittels eines (dem Wärmeübertrager 16 und/oder dem Raum 3 zugeordneten) Leistungseinstellelement 17 eingestellt werden, z.B. selbstständig oder durch den Nutzer veranlasst über das jeweilige Heizungssteuergerät 14 und/oder den Raumtemperaturfühler 15 im jeweiligen Raum 3. Insbesondere kann die Kontrolleinheit 10 eingerichtet sein, Daten / Signale an das jeweilige Heizungssteuergerät 14 zu versenden und/oder Daten / Signale von dem jeweiligen Heizungssteuergerät 14 und/oder dem jeweiligen Raumtemperaturfühler 15 zu empfangen.
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An den Heizkreislauf bzw. dem Verteilsystem 5 sind mehrere Räume 3 angeschlossen, die durch das Heizsystem 2 erwärmt werden. Jeder der Räume 3 umfasst zumindest einen Heizkörper bzw. Wärmeübertrager 16, welcher an dem Heizkreislauf angeschlossen ist. Ein Raumtemperaturfühler 15 im jeweiligen Raum 3 erfasst die Raumtemperatur, ein als Stellventil ausgeführtes Leistungseinstellelement 17 drosselt den Durchfluss des Wärmeträgermediums durch den Wärmeübertrager 16. Der Raum 3 repräsentiert einen oder mehrere weitere Räume. Anhand des in dem jeweiligen Raum 3 (exemplarisch) dargestellten Temperaturverlaufs 19, welche beispielhaft jeweils einen (voneinander abweichenden bzw. individuellen) Verlauf der Temperatur über die Zeit darstellen, lässt sich erkennen, dass die Aufheiz- und Abkühlzeiten der Räume sehr unterschiedlich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Heizsystem
- 3
- Raum
- 4
- Heizgerät
- 5
- Verteilsystem
- 6
- Kontrollaggregat
- 7
- Vorlauf
- 8
- Rücklauf
- 9
- Umwälzpumpe
- 10
- Kontrolleinheit
- 11
- Sensor
- 12
- Gehäuse
- 13
- Kommunikationselement
- 14
- Heizungssteuergerät
- 15
- Raumtemperaturfühler
- 16
- Wärmeübertrager
- 17
- Leistungseinstellelement
- 18
- Immobilie
- 19
- Temperaturverlauf
- 20
- Anschluss
- 21
- Signalleitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2354682 A2 [0008]
- WO 2004083733 A1 [0009]
- EP 2896895 A1 [0010, 0040]