DE10057361C2 - Verfahren zum Steuern einer Heizungsanlage und Heizungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Heizungsanlage mit Heizeinrichtungen, die mit einem Heizfluid mit einer Vorlauftemperatur beaufschlagt wer­ den, in mehreren Räumen, bei dem ein Wärmebedarf in den Räumen ermittelt und die Vorlauftemperatur an den Wär­ mebedarf angepaßt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Heizungsanlage mit mehreren Heizeinrichtungen mit temperaturabhängig gesteuerten Ventilen in verschiede­ nen Räumen, einer Versorgungseinrichtung mit einem Stellglied zur Beeinflussung einer Vorlauftemperatur und einer Steuereinrichtung, die das Stellglied betä­ tigt.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Heizungsan­ lage sind aus DE 31 23 649 A1 bekannt. Hierbei ermit­ telt man den Öffnungsgrad der Thermostatventile, wobei es ausreichen kann zu ermitteln, ob die Thermostatven­ tile geöffnet oder geschlossen sind. Wenn man fest­ stellt, daß ein Thermostatventil geöffnet ist, schließt man auf einen Wärmebedarf. Wenn ein Wärmebedarf besteht, wird die Vorlauftemperatur angehoben. Wenn kein Wärmebedarf besteht, wird die Vorlauftemperatur abge­ senkt.

Ein ähnliches Verfahren ist aus DE 27 14 511 C2 be­ kannt. Hier wird die Vorlauftemperatur an den höchsten Wärmebedarf angepaßt. Hierzu ist ein Stellglied vorge­ sehen, das auf ein Mischventil wirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energie­ verbrauch niedrig zu halten.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß man die Anzahl der Räu­ me, in denen ein Wärmebedarf besteht, ermittelt und die Vorlauftemperatur um einen Wert erhöht, der einem Pro­ dukt aus der Anzahl und einer vorbestimmten ersten Tem­ peraturdifferenz entspricht, wenn die Anzahl größer als Null ist, und um eine vorbestimmte zweite Temperatur­ differenz absinkt, wenn die Anzahl gleich Null ist.

Bei diesem Verfahren wird die Vorlauftemperatur sehr eng am tatsächlichen Bedarf gehalten. Dementsprechend sind Verluste, insbesondere Übertragungsverluste, die sich aus einer zu hohen Vorlauftemperatur ergeben kön­ nen, relativ klein. Man ermittelt fortlaufend den Wär­ mebedarf in allen Räumen. Wenn in keinem der Räume ein Wärmebedarf besteht, kann man davon ausgehen, daß die Vorlauftemperatur abgesenkt werden kann. Wenn in einem Raum ein Wärmebedarf besteht, geht man davon aus, daß dieser Wärmebedarf schneller befriedigt werden kann, wenn die Vorlauftemperatur erhöht wird. In diesem Fall erhöht man daher die Vorlauftemperatur. Zusätzlich be­ rücksichtigt man dabei aber die Anzahl der Räume, in denen der entsprechende Wärmebedarf besteht. Wenn beispielsweise nach einer Nachtabsenkung die Temperatur in mehreren Räumen gleichzeitig steigen soll, so daß in mehreren Räumen ein Wärmebedarf besteht, dann wird die Vorlauftemperatur stärker angehoben als in einem Fall, wo nur in einem Raum ein Wärmebedarf besteht. Damit läßt sich die zugeführte Energie noch besser an den tatsächlich Wärmebedarf anpassen.

Vorzugsweise wird die Vorlauftemperatur nach einer Än­ derung für einen vorbestimmten Zeitraum konstant gehal­ ten. Damit vermeidet man, daß die Vorlauftemperatur aufgrund einer plötzlichen und kurzen Belastungsände­ rung zu rasch ansteigt oder absinkt. Eine derartige Än­ derung der Belastung kann beispielsweise erfolgen, wenn ein Raum gelüftet wird oder plötzlich eine intensive Sonneneinstrahlung erfolgt. Erst dann, wenn die Ände­ rung auf Dauer vorliegt, wird die Vorlauftemperatur ge­ ändert.

Vorzugsweise ermittelt man den Wärmebedarf eines Raumes aus einer Stellung oder einem eine Stellung beeinflus­ senden Signal eines temperaturabhängig gesteuerten Ven­ tils, das dem entsprechenden Raum zugeordnet ist. Hier­ bei reicht es bei dem Ventil im Grunde genommen aus festzustellen, ob das Ventil geöffnet ist oder nicht. Die Größe der Öffnung muß nicht unbedingt berücksich­ tigt werden. Wenn das Ventil geöffnet ist, dann besteht ein Wärmebedarf. Wenn das Ventil geschlossen ist, dann besteht der Wärmebedarf nicht. In vielen Fällen ist es daher nicht einmal notwendig, die aktuelle Position des Ventils zu ermitteln. Insbesondere dann, wenn die Ven­ tile ferngesteuert werden, reicht es aus zu überprüfen, ob das Ventil von der Fernsteuerung auf- oder zugesteu­ ert worden ist. Man muß dann den Umweg über das Ventil nicht gehen, sondern kann Informationen, die an anderer Stelle vorhanden sind, direkt auswerten. Allerdings bietet die Kenntnis des Öffnungsgrades Vorteile, weil man damit zusätzliche oder bessere Informationen über den aktuellen Wärmebedarf gewinnen kann. Den Öffnungs­ grad kann man beispielsweise mit einem LVDT-Transducer ermitteln. Bei Fußbodenheizungen, die vielfach mit Ein- /Aus-Ventilen gesteuert werden, bekommt man das beste Ergebnis, wenn man die Zeit berücksichtigt, in der das entsprechende Ventil geöffnet ist. Damit erhält man ebenfalls eine Aussage über den aktuellen Wärmebedarf. Das gleiche gilt bei pulsierenden oder 0-10 V Betäti­ gungselementen. Man kann somit das Tastverhältnis, also das Verhältnis von Einschalt- oder Öffnungszeit zur Pe­ riodenlänge (Summe aus Einschalt- und Ausschaltzeit) für den Wärmebedarf ermitteln. Das optimale Tastver­ hältnis kann dann Referenzzeit genannt werden. Diese wird von der Anwendung abhängen, bei Fußbodenheizungen aber beispielsweise im Bereich von 60 bis 80% liegen. Wenn die Öffnungszeit unter der Referenzzeit liegt, beispielsweise wenn die Öffnungszeit kleiner als 80% der Periodenlänge ist, dann wird die Vorlauftemperatur gesenkt. Wenn sie höher ist, wird die Vorlauftemperatur erhöht.

Vorzugsweise wählt man die Größe mindestens einer der Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit von der Außentem­ peratur. Wenn es draußen beispielsweise sehr kalt ist, dann kann es zweckmäßig sein, bei Auftreten des Wärme­ bedarfs die Temperatur um einen größeren Wert ansteigen zu lassen als bei einer höheren Außentemperatur. Umge­ kehrt kann es zweckmäßig sein, bei einer hohen Außen­ temperatur die Vorlauftemperatur in größeren Stufen ab­ zusenken als bei einer niedrigeren Außentemperatur.

Vorzugsweise überträgt man die Informationen über den Wärmebedarf leitungslos zu der Steuereinrichtung. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei Fußbodenheizungen oder kombinierten Heizungssystemen, die aus Fußboden­ heizungen und Heizkörpern zusammengesetzt sind, von Vorteil, weil man hier Temperaturfühler oder Thermo­ statventile verwenden kann, die mit der Steuereinrich­ tung in Funkverbindung stehen. Dabei spart man sich insbesondere bei einer Nachrüstung das Aufstemmen von Wänden und das Verlegen von Leitungen.

Die Aufgabe wird auch bei einer Heizungsanlage der ein­ gangs genannten Art gelöst, und zwar dadurch, daß die Steuereinrichtung einen Zähler aufweist, der die Anzahl der Räume zählt, in denen ein Wärmebedarf besteht.

Mit Hilfe des Zählers läßt sich nicht nur ermitteln, ob ein Wärmebedarf besteht, der die Notwendigkeit nach sich zieht, die Vorlauftemperatur zu erhöhen, sondern es wird auch quantitativ erfaßt, wie groß der Wärmebe­ darf ist. Man kann daher auf einfache Art und Weise die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Anzahl der Räume erhöhten, in denen ein Wärmebedarf besteht.

Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung ein Zeitglied auf, das Änderungen der Vorlauftemperatur für einen vorbestimmten Zeitraum verhindert. Dabei stellt man si­ cher, daß die Vorlauftemperatur für eine bestimmte Pe­ riode nach der Änderungen konstant gehalten werden kann, so daß sich die Änderung der Vorlauftemperatur auswirken kann. Danach kann die Steuereinrichtung wie­ der ermitteln, ob und in wieviel Räumen ein Wärmebedarf besteht, und die Vorlauftemperatur dann entsprechend anheben oder absenken.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit den Ventilen leitungslos verbunden. Damit ist zunächst einmal si­ chergestellt, daß die Information zur Verstellung der Ventile bereits bei der Steuereinrichtung vorliegt. Der Zähler kann also auf Werte zurückgreifen, die bereits in der Steuereinrichtung vorhanden sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Heizungs­ anlage und

Fig. 2 einen Temperaturverlauf der Vorlauftempera­ tur.

Fig. 1 zeigt eine Heizungsanlage 1 zum Beheizen mehre­ rer Räume 2, 3, 4, 5. In jedem Raum ist eine Heizein­ richtung angeordnet, und zwar in den Räumen 2, 4 und 5 jeweils ein Heizkörper 6, 7, 8 und im Raum 3 eine Fuß­ bodenheizung 9.

Die einzelnen Heizeinrichtungen 6-8 werden von einer Heizflüssigkeit, nämlich heißem Wasser, durchströmt, das von einer Vorlaufleitung 10, von der einzelne Stichleitungen 11, 13, 14 abgehen, auf die einzelnen Heizeinrichtungen 6-8 verteilt wird. Am Eingang der Vorlaufleitung 10 befindet sich ein Mischventil 15, das über einen Stellantrieb 16, beispielsweise einen elek­ trischen Motor, verstellt werden kann. Mit Hilfe des Mischventils 15 kann kälteres Wasser aus einer Rück­ laufleitung 17, die das Heizwasser aus den Heizeinrich­ tungen 6-8 aufnimmt, zugemischt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Vorlauftemperatur unter eine Temperatur, die von einem Heizkessel 18 (oder einer anderen Wärmequelle) stammt, abzusenken. Für die Fußbodenhei­ zung 9 ist ein zweiter Heizkreis mit entsprechenden Elementen vorgesehen, deren Bezugszeichen um ein "a" ergänzt worden sind, also eine Rücklaufleitung 17a, ein Mischventil 15a und ein Stellantrieb 16a. Für die Fuß­ bodenheizung 9 läßt sich also eine andere Vorlauftempe­ ratur einstellen.

Die Heizflüssigkeitsmenge, die der jeweiligen Heizein­ richtung 6-9 tatsächlich zugeführt wird, wird durch Ventile 19, 20, 21, 22 bestimmt. Diese Ventile sind von einer gemeinsamen Steuereinrichtung 27 gesteuert. Hier­ zu sind strichpunktierte Leitungspfade als Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 27 und den Ventilen 19-­ 22 eingezeichnet. Diese Leitungspfade können einerseits als körperlich vorhandene Signalleitungen ausgebildet sein, beispielsweise in der Form von elektrischen Lei­ tungen oder Glasfaserleitungen. Sie können aber auch leitungslos ausgebildet sein, wenn die entsprechenden Informationen zwischen der Steuereinrichtung 27 und den Ventilen 19 bis 22 durch elektromagnetische Wellen, beispielsweise durch Funkwellen, übertragen werden.

Die Steuereinrichtung 27 bekommt die Information über die Temperatur in jedem Raum über Temperaturfühler 23, 24, 25, 26, die in jedem Raum 2-5 angeordnet sind. Die zugehörigen Leitungspfade sind gestrichelt eingezeich­ net. Auch hier können die entsprechenden Leitungspfade durch körperliche Leitungen ausgebildet sein. Sie kön­ nen aber auch leitungslos funktionieren, beispielsweise durch Funkwellen.

Insbesondere bei den Heizkörpern 6-8 können die Ventile 19, 21, 22 und die Temperaturfühler 23, 25, 26 in einer Baueinheit zusammengefaßt sein, so daß sie herkömmliche Heizkörperthermostatventile bilden. Auch in diesem Fall besteht aber eine Verbindung zwischen den Heizkörper­ thermostatventilen und der Steuereinrichtung 27.

Die Steuereinrichtung 27 betätigt die einzelnen Ventile 19-22 so, daß eine Solltemperatur, die für jeden Raum 2-5 vorgegeben worden ist. möglichst gut erreicht wird. Wenn die Temperatur zu niedrig ist, dann öffnen die entsprechenden Ventile 19-23. Wenn die Temperatur über­ schritten wird, dann werden die Ventile 19-22 geschlos­ sen.

Die Steuereinrichtung 27 steuert auch das Mischventil 15 durch Betätigen des Stellgliedes 16. Hierbei verwen­ det man folgende Verfahrensweise:
Die Steuereinrichtung 27 stellt fest, in welchem der Räume 2-5 ein Wärmebedarf besteht. Ein Wärmebedarf wird immer dann angenommen, wenn eines der Ventile 19-22 ge­ öffnet ist. Hierbei kann die Steuereinrichtung entweder tatsächlich feststellen, ob ein Ventil 19-22 geöffnet ist. Man kann aber auch die Signale zum Betätigen der Ventile 19-22 als Kriterium dafür nehmen, ob das ent­ sprechende Ventil 19-22 geöffnet sein sollte oder nicht. Die Steuereinrichtung 27 weist einen Zähler 28 auf, der die Anzahl der geöffneten Ventile 19-22 ermit­ telt. Ferner weist die Steuereinrichtung 27 ein Zeit­ glied 29 auf, das eine derartige Ermittlung und den im folgenden erläuterten Verstellvorgang nur in vorbe­ stimmten Zeitabständen, beispielsweise 5 Minuten, zu­ läßt.

Wenn der Zähler 28 feststellt, daß in keinem der Räume 2-5 ein Wärmebedarf besteht, weil beispielsweise keines der Ventile 19-22 geöffnet ist, dann wird die Vorlauf­ temperatur in der Vorlaufleitung 10 um eine vorbestimm­ te Temperaturdifferenz, beispielsweise 1°C, abgesenkt. Dies ist zu den Zeitpunkten t1, t2 der Fall.

Zum Zeitpunkt t3 stellt der Zähler 28 fest, daß in ei­ nem der vier Räume ein Temperaturbedarf besteht, weil eines der Ventile 19-22 geöffnet worden ist. In diesem Fall hebt die Steuereinrichtung 27 die Temperatur um eine andere, kleinere Temperaturdifferenz an, bei­ spielsweise um 0,5°C. Zu einem Zeitpunkt t4 stellt die Steuereinrichtung fest, daß in insgesamt drei Räumen ein Wärmebedarf besteht. Die Steuereinrichtung 27 hebt dementsprechend die Vorlauftemperatur um dreimal die Temperaturdifferenz, also 3 × 0,5 = 1,5°C, an, und man wartet wiederum 5 Minuten, welche Auswirkungen sich zeigen. Zu einem Zeitpunkt t5 stellt man fest, daß alle Ventile geschlossen haben, also kein weiterer Wärmebe­ darf besteht. Dementsprechend wird die Vorlauftempera­ tur wiederum um 1°C abgesenkt. Zu einem Zeitpunkt t6 besteht ein Wärmebedarf in allen vier Räumen 2-5. Dem­ entsprechend wird die Vorlauftemperatur um 4 × 0,5°C = 2°C angehoben. Zum Zeitpunkt t7 sind alle Ventile 19-22 geschlossen, und die Vorlauftemperatur wird dementspre­ chend um 1°C abgesenkt. Zwischen allen Zeitpunkten t1-­ t7 liegen Zeitdifferenzen von 5 Minuten.

Dadurch, daß die Änderungen der Vorlauftemperatur von der Anzahl von Räumen mit Wärmebedarf abhängt, wird auch eine möglicherweise größere Belastungsänderung be­ rücksichtigt, beispielsweise bei einer Zonenprogrammie­ rung, bei der mehrere Räume gleichzeitig von Nacht- auf Tagbetrieb umschalten. Wenn man die Vorlauftemperatur für einen vorbestimmten Zeitraum konstant hält, vermei­ det man, daß die Vorlauftemperatur bei einer plötzlichen und kurzen Belastungsänderung, beispielsweise bei der Lüftung eines oder mehrerer Räume, zu rasch an­ steigt.

Man kann auch noch einen Außentemperaturfühler 30 mit der Steuereinrichtung 27 verbinden. Der Außentempera­ turfühler 30 kann verwendet werden, um die Größe der Temperaturdifferenzen beim Erhöhen oder beim Absenken der Vorlauftemperatur zu verändern. Wenn die Außentem­ peratur sehr niedrig ist, kann es zweckmäßig sein, die Vorlauftemperatur um eine Temperaturdifferenz zu erhö­ hen, die größer als die oben erwähnten 0,5°C ist. Wenn die Außentemperatur hingegen sehr hoch ist, kann es zweckmäßig sein, die Vorlauftemperatur um mehr als die 1°C abzusenken, die oben erwähnt worden sind.

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern einer Heizungsanlage mit - Heizeinrichtungen, die mit einem Heizfluid mit ei­ ner Vorlauftemperatur beaufschlagt werden, in meh­ reren Räumen, bei dem ein Wärmebedarf in den Räumen ermittelt und die Vorlauftemperatur an den Wärmebe­ darf angepaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anzahl der Räume, in denen ein Wärmebedarf be­ steht, ermittelt und die Vorlauftemperatur um einen Wert erhöht, der einem Produkt aus der Anzahl und einer vorbestimmten ersten Temperaturdifferenz ent­ spricht, wenn die Anzahl größer als Null ist, und um eine vorbestimmte zweite Temperaturdifferenz ab­ sinkt, wenn die Anzahl gleich Null ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauftemperatur nach einer Änderung für einen vorbestimmten Zeitraum konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß man den Wärmebedarf eines Raumes aus einer Stellung oder einem eine Stellung beeinflus­ senden Signal eines temperaturabhängig gesteuerten Ventils ermittelt, das dem entsprechenden Raum an­ geordnet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Größe mindestens einer der Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit von der Außentemperatur wählt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Informationen über den Wärmebedarf leitungslos zu der Steuereinrichtung überträgt.

6. Heizungsanlage mit mehreren Heizeinrichtungen mit temperaturabhängig gesteuerten Ventilen in ver­ schiedenen Räumen, einer Versorgungseinrichtung mit einem Stellglied zur Beeinflussung einer Vorlauf­ temperatur und einer Steuereinrichtung, die das Stellglied betätigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (27) einen Zähler (28) auf­ weist, der die Anzahl der Räume (2-5) zählt, in de­ nen ein Wärmebedarf besteht.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (27) ein Zeitglied (29) auf­ weist, das Änderungen der Vorlauftemperatur für ei­ nen vorbestimmten Zeitraum verhindert.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuereinrichtung mit den Ventilen (19-22) leitungslos verbunden ist.