AT517052A1 - Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, die die über die Außenlufttemperatur bestimmte Vorlauftemperatur und damit Wärmeabgabe über mindestens eine Temperaturdifferenz moduliert. Dabei wird die Veränderung der Messwerte der Wandtemperatur über die Zeit und die Differenz zu einer berechneten statischen Wandtemperatur für mehrere Messstellen so zusammengeführt und vorteilhafterweise über eine Monte- Carlo-Simulation der Faktoren in einer Simulation, dass sich eine maximale Energieeinsparung ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde.

Technische Aufgabe der Erfindung ist, mit einer Vorlaufzeit von mehreren Stunden den Heizwärmebedarf von schweren und sehr schweren Gebäuden im Voraus zu bestimmen und die aktuelle Wärmezufuhr entsprechend zu regeln. Dies ist besonders für träge Energieversorgungssysteme von Bedeutung. Nicht nur Fernheizsysteme können von der Vorhersage des Heizwärmebedarfs profitieren, sondern auch Heizsysteme die Dynamik-Limitierungen auf der Seite der Wärmeguelle haben, wie Erdwärmepumpen, Latentwärmespeicher etc.. Allen Systemen gemein ist es, dass die Effizienz über eine Reduktion der kurzfristig abgerufenen bzw. abrufbaren Leistung steigt. Über die prädiktive Regelung wird die Dynamik des Raumwärmebedarfs bzw. der aktuellen Nutzwärmeabgabe verringert. Darüber hinaus wird über die frühzeitige Reduktion der Nutzwärmeabgabe und damit der Heizleistung verhindert, das bei einer Überhitzung des Raums die Kühlung in Betrieb geht, oder die Wärme weggelüftet wird. Durch diese beiden Effekte wird eine signifikante Energieeinsparung erwartet.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Zeichnungen näher erläutert, wobei Fig. 1 eine beispielhafte Systemarchitektur mit Ansteuerung eines Heizungskontrollers mit analogem Eingang zeigt, wobei die abgesetzten Sensoren auch über einen eigenen Mikrokontroller verfügen und mit dem Master über TCP/IP bzw. RESTful-Kommunikation verbunden sind. Sollte einer der Sensoren in der Nähe des Heizungskontrollers 9 positioniert sein, kann auch dieser die Steuerung des Heizungskontrollers übernehmen. Bei einer Neuinstallation und Vernetzbarkeit via TCP/IP kann die Steuerung des Heizgerätes direkt erfolgen. Der Master Kontroller kann dann in einem beliebigen den Sensoren zugeordntene Kontroller erfolgen, sofern dieser die entsprechende Rechenkapazität besitzt. Behaglichkeitsmessungen benutzen zusätzlich zur Raumlufttemperatur die Strahlungsbilanz zur Umgebung, im einfachsten Falle wird die dabei zusätzlich zur Lufttemperaturmessung die Temperaturmessung an der Innenseite der Wand benutzt, oder eine Messung der Strahlungstemperatur, die einen größeren Raumwinkel umfasst. Die gemessenen Temperaturen der Luft und Umgebungsflächen (inkl. Radiatoren) werden dann anhand einer Formel (siehe Behaglichkeitsfeld nach Fänger, Roedler und Frank Frank: „Raumklima und thermische Behaglichkeit", Berichte aus der Bauforschung, Heft 104, Berlin 1975) zur empfundenen Temperatur zusammengeführt, ggf. auch noch mit Berücksichtigung der relativen Feuchte.

Fig. 2 zeigt die gemessenen und für den stationären Zustand berechneten Wandtemperaturen (strichliert), sowie die Lufttemperaturen. Durch den Vergleich über das für eine Position eingezeichnete dT kann abgeschätzt werden inwieweit sich der zukünftige Raumwärmebedarf entwickeln wird. Dabei sollen also Regeln angewandt werden die - die Temperaturmesswerte in der Wand mit den theoretischen stationärem Fall berechneten Werten vergleichen, und dabei die zeitliche Dimension über die Tiefe der Messstelle in der Wand bestimmen (je weiter in der Wand desto später relevant) - die Veränderung der Temperaturmesswerte bestimmen, und auch hier den zeitlichen Bezug über die Tiefe der Messstelle in der Wand hersteilen.

Den Ablauf der prädiktiven Regelung zeigt beispielhaft Fig.3. Die Temperaturdifferenzen zwischen berechneter statischer und gemessener Wandtemperatur, sowie die Veränderung der gemessenen Temperatur gehen in ein Einflussmodell ein, bei dem die Multiplikationsfaktoren vorteilhafterweise über eine Monte-Carlo-Simulation im Vorhinein bestimmt werden. Dabei ist es möglich Faktoren für bestimmte Gebäudetypen vorauszuberechnen, wodurch die Modellierung des Gebäudes eingespart werden kann.

Bei der gewichteten Zusammenführung von Einflussgrößen von Außenwänden mit unterschiedlicher Orientierung, kann die Gewichtung über die luftberührte Fläche vorgenommen werden. Die Modifizierung der aktuellen Leistung des Wärme abgebenden Systems wird im allgemeinen über die Veränderung der Vorlauftemperatur bewerkstelligt, wobei möglichst das Wärmebereitstellungssystem in der Leistung moduliert. Bei einem Wärmepumpensystem mit Erdwärme als Wärmeguelle ist es auch möglich die Soletemperatur mit in die Regelung einzubeziehen um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Es kann dann nicht nur eine tiefe mittlere Wandtemperatur die Heizleistung erhöhen, sondern auch eine tiefe Soletemperatur ein Programm triggern, das die Heizleistung dann Falle anhebt, sofern die Soletemperatur höher als ein Grenzwert ist. Die Verknüpfung der Position der Messstelle der Wandtemperaturmessung mit der Abschaltzeit des Wärmebereitstellungssystems erfolgt vor Eintreten einer geplanten Raumtemperaturabsenkung indirekt indem die Vorgabe der Heizleistung aus der prädiktiven Regelung unter die Mindestleistung des Wärmeerzeugers fällt. Zusätzlich wird die Wärmezufuhr über die Wand durch eine Umkehr der Neigung des Temperaturverlaufs ebenso im vorgestellten Einflussmodell berücksichtigt, es kann bei der gewichteten Addition der Einflussfaktor erhöht werden, wenn die Wandtemperatur höher als die Raumtemperatur wird.

Legende: ^innenMess- ^innenBer Temperaturdifferenz zwischen gemessener Temperatur in der Außenwand und der für diesen Ort und einen stationären Fall berechneten Temperatur. ^innenMess Temperaturveränderung der in der Außenwand gemessenen Temperatur in einem bestimmten Zeitabschnitt.

Claims (8)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde die in durch Außenluft berührten Wänden eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, in einem eingebetteten Mikrokontroller mindestens eine statische Temperatur in der Wand an der Messstelle über die gleichzeitig erfassten Lufttemperaturen an beiden Mauerseiten berechnet wird, diese Temperatur vom Messwert der Wandtemperatur an dieser Stelle subtrahiert wird und die Differenz zur Modifikation der Heizleistung dergestalt herangezogen wird, dass bei positiven Differenzen die Heizleistung verringert wird, wobei der Vorgang in Integer-Arithmetik realisiert wird, wenn vorteilhafterweise stromsparende eingebettete vernetzbare Mikrokontroller genutzt werden.
2. 2. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Korrektur über die Temperaturdifferenz zwischen berechneter und gemessener Temperatur, die Veränderung der gemessenen Wandtemperatur über die Zeit so berücksichtigt wird, dass bei einem stärkeren Temperaturanstieg der gemessenen Wandtemperatur die Heizleistung mehr reduziert wird.
3. 3. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Einflüsse d.h. einerseits die Lage der Messung zur berechneten stationären Wandtemperatur und die zeitliche Veränderung der gemessenen Wandtemperatur in geeigneter Form über eine mathematische Operation zusammengeführt werden.
4. 4. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faktoren für die Zusammenführung der Einflussfaktoren in einem Simulationsmodell vorherbestimmt werden.
5. 5. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faktoren für die Wichtung der Einflussfaktoren in einem selbstlernenden Verfahren mit den Raumtemperaturdifferenzen zum Vorgabewert im laufenden Betrieb so korrigiert werden, dass bei einer Unterschreitung des Zielwertes aus Raumlufttemperatur und empfundener Temperatur die Absenkung der Heizleistung geringer ausfällt.
6. 6. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung der Heizleistung raumscharf erfolgt.
7. 7. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Heizvorrichtung vor dem Beginn einer geplanten Temperaturabsenkung unterbrochen wird, wenn eine positive Temperaturdifferenz zur berechneten statischen Wandtemperatur und eine Ansteigen der Messwerte zumindest in den Bereichen nahe der Innenseite der Mauer festgestellt wird, und zwar je früher unterbrochen desto höher die gemessenen Außenlufttemperatur sowie der Temperaturanstieg einer Messstelle in der Wand nahe der außenluftberührten Fläche ist.
8. 8. Verfahren zur Prognose des Gebäudewärmebedarfs mittels zumindest einer 2D Temperatursonde, nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturanstieg pro Zeiteinheit nach Anspruch 2 über die Messung der Zeit bis zum Erreichen einer bestimmten Temperaturabweichung bestimmt wird, wobei vorteilhafterweise das Limit je nach Variabilität der Messwerte festgelegt wird.