DE102004036423A1

DE102004036423A1 - Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE102004036423A1
Application number: DE102004036423A
Authority: DE
Inventors: Manfred Campe; Wolfgang Vogt
Original assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Current assignee: Stiebel Eltron GmbH and Co KG
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-03-23

Abstract

Bei einer Heizungsanlage wird ein Wärmespeicher während einer Ladefreigabe bis zu einem vorgegebenen Ladegrad aufgeladen. Die Ladefreigabe erfolgt gewöhnlich durch EVUs (elektrische Versorgungsunternehmen). Gemäß dem Verfahren ist ein Lademodell verschiedener EVUs in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt. Durch Eingabe eines Kennzeichens am Steuergerät wird ein EVU-spezifisches Lademodell aktiviert. Dieses Lademodell mit vorgegebenen Soll-Einschaltbereichen, Soll-Dauern oder Einschaltzeitpunkten wird mit den tatsächlichen, vom EVU aufgeschalteten Freigabesignalen verglichen. Stimmen die Soll- mit den Ist-Daten überein, erfolgt eine Synchronisation, und zur Aufladung der Speicher wird von einer Vorwärtssteuerung auf eine Spreiz- oder Rückwärtssteuerung umgeschaltet.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage, insbesondere Wärmespeicherheizung, deren Wärmespeicher während einer Ladefreigabe bis zu einem vorgegebenen Ladegrad aufgeladen wird, der Ladegrad in Abhängigkeit von Witterungsdaten und in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern eines Lademodells ermittelt wird.

Im folgenden ist als Anwendungsbeispiel ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Wärmespeicherheizanlage beschrieben. Bei derartigen Wärmespeicherheizanlagen ist mindestens ein Einzelraumgerät von einer Steuerung angesteuert. Die Steuerung ermittelt einen erforderlichen Ladegrad, den die Wärmespeicherheizanlage während einer Ladefreigabezeit aufnehmen muss. Innerhalb der Ladefreigabezeiten besteht die Möglichkeit, die Aufladung bereits mit Beginn der Ladefreigabe zu starten (Vorwärtssteuerung) oder die für die Aufladung erforderliche Zeit auf den Freigabezeitraum beliebig zu verteilen. Hierbei wird zwischen einer Spreizsteuerung und einer Rückwärtssteuerung unterschieden. Bei der Spreizsteuerung erfolgt die tatsächliche Ladungsaufnahme z.B. in der Mitte der Freigabezeit und bei der Rückwärtssteuerung ist die Aufladung so gesteuert, dass die Anlage den erforderlichen Ladegrad spätestens dann erreicht, wenn die Ladefeigabezeit beendet ist. Darüber hinaus sind auch geteilte Lademodelle möglich, bei denen beispielsweise in der Ladefreigabezeit die Aufladung in unterschiedlichen Blöcken erfolgt. Zusätzlich zur Haupt-Ladefreigabezeit werden von verschiedenen Energieversorgern auch zusätzliche Freigabezeiten, z.B. tagsüber, freigeschaltet. Die Energieversorger bieten somit verschiedene Lademodelle mit unterschiedlichen Ladefreigabezeiten zur Aufladung der Wärmespeicherheizgeräte an. Gemäß DIN 44572 ist weiterhin gefordert, dass auch bei Erreichen der maximalen Aufladung innerhalb einer anschließenden zweistündigen Entladung ein Nachladen möglich sein muss. Bedingung für eine Aufladung ist dabei, dass der Ladegrad des Wärmespeicherheizgerätes kleiner als der vorgegebene Soll-Ladegrad ist. Dazu ist gemäß DE 195 30 775 C2 ein Speichertemperaturfühler des Aufladereglers so angeordnet, dass er nahe der Kaltluftdurchführung der Wärmedämmschicht angeordnet ist.

Aus DE 102 09 598 C1 ist ein Verfahren zur Aufladeregelung einer Speicherheizung bekannt, bei dem die Speicherheizungen in Abhängigkeit einer Führungsgröße über den Aufladeregler gesteuert sind. Die Steuerleistung soll dadurch vermindert werden, dass das Zentralsteuergerät die Aufladung in einem zu berechnenden Temperaturbereich unterdrückt.

Aus DIN 44574 Teil1 sind für das Lademodell Parameter bekannt, die üblicherweise an einer Steuerung einer Wärmespeicherheizanlage einzugeben sind. Die Kennlinieneinsteller gelten als für den Fachmann bedienbar und sind so unter der Verwendung von Werkzeugen zugänglich, soweit diese nicht für den Benutzer ablesbar als auch einstellbar sind. So ist z.B. ein Kennlinieneinsteller für den Ladebeginn, den Entladezeitpunkt, die Aufladung, die Wärmemenge Nacht, die Wärmemenge Tag und beispielsweise auch für die Volladung bekannt. Diese sind bei Steuergeräten für Wärmespeicherheizanlagen einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fehleinstellungen bei der Eingabe der Ladeparameter zu vermeiden und ein Steuergerät hinsichtlich seiner Funktion für den Benutzer zu vereinfachen.

Gelöst ist die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gegeben.

Beim Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage werden dazu die verschiedenen Lademodelle der EVU's in einem Speicher der Steuerung abgelegt. So sind z.B. die Werte der Kennlinieneinsteller E1-E5 der DIN 44574 und weitere Daten lademodellspezifisch in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt. Jedem Lademodell ist ein Kennzeichen, ein Wert oder eine Bezeichnung zugeordnet. Mit Eingabe der Bezeichnung, des Kennzeichens oder des Wertes am Steuergerät bei Abfrage nach dem speziellen Lademodell wird das spezielle Lademodell freigeschaltet. Dadurch werden Solleinschaltbereiche oder Zeitpunkte vorgegeben. Vorteilhaft ist es, auch eine Solldauer vorzugeben. Mit Start einer neu installierten Heizungsanlage, nach Reset, Stromausfall oder z.B. nach Neustart zum Winter hin, ist die Steuerung zunächst auf Vorwärtssteuerung programmiert, d.h. dass der witterungsbedingte und lademodellabhängige Ladegrad sofort mit Beginn einer Ladefreigabezeit zur Aufladung des Wärmespeicherheizgerätes führt. Dabei merkt bzw. speichert die Steuerung den Ist-Schaltzeitpunkt bzw. die Ist-Dauer der Ladefreigabezeit. Im weiteren Verfahrensablauf wird in der Steuerung verglichen, ob die Sollwerte mit den Istwerten übereinstimmen. Dabei reicht es beispielsweise aus, zu überprüfen, ob der Ist-Schaltzeitpunkt im Soll-Einschaltbereich liegt oder sogar mit dem Sollzeitpunkt übereinstimmt.

Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Endschaltzeitpunkt oder Schaltbereich verglichen werden oder die Ist-Dauer mit der Soll-Dauer der Ladefreigabezeit. Auch andere Soll-Merkmale können mit den Ist-Merkmalen verglichen werden, wie z.B. der Abstand der Einschaltung von einem festgelegten Zeitpunkt, wie z.B. Mitternacht. Stimmen die Sollwerte mit den Istwerten überein bzw. fallen die Istwerte in die Sollbereiche, schaltet die Steuerung von einer Vorwärtssteuerung auf eine Rückwärts- oder Spreizsteuerung für die nächste Aufladung um. Es erfolgt durch das Verfahren eine Synchronisation des eingegebenen speziellen Lademodells mit dem tatsächlich vorliegenden Lademodell. Solleinschaltbereiche sind deshalb vorgegeben, weil die EVUs sich vorbehalten, variable Ladefreigabezeiten anzuwenden, z.B. den Einschaltzeitpunkt variabel zu halten. Der Soll-Einschaltbereich bezieht sich demnach in etwa auf die variablen Zeitanteile der EVU-Freigabezeiten. Liegt der tatsächliche Ist-Schaltzeitpunkt im Soll-Einschaltbereich, so schließt die Steuerung hieraus, dass das richtige Lademodell auch tatsächlich vorgewählt ist.

Vorteilhaft ist es, neben den Schaltzeiten auch die Zeitdauer der Ladefreigabe und weitere Parameter zu vergleichen, um die Synchronisation weiter abzusichern.

Treten Unplausibilitäten auf, wie z.B. eine Abweichung der Ist-Einschaltzeitpunkte von den Sollbereichen, oder ist die Einstellung der Uhr nicht erfolgt, nicht plausibel oder durch Stromausfall oder ähnliches verstellt, schaltet die Steuerung wieder auf eine Vorwärtssteuerung zurück. In vorteilhafter Weise werden die tatsächlichen Freigabezeiten im weiteren immer mit den Soll-Freigabezeiten verglichen und synchronisiert. Stimmen diese überein, wird auf Rückwärts- bzw. Spreizsteuerung geschaltet.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuerung die Eingabe von Fühlerparametern auf. Dadurch ist es möglich, verschiedene Fühler mit unterschiedlichen Eigenschaften an die Steuerung anzuschließen und dennoch den richtigen Parameterwert zu messen. So sind z.B. unterschiedliche Kennlinien bei Temperaturfühlern bekannt. Durch die Eingabe eines Wertes oder einer Bezeichnung des Temperaturfühlers wird dessen in der Steuerung gespeicherte Kennlinie aktiviert und somit die richtige Temperatur ermittelt.

Unter Witterungsdaten verarbeitet die Steuerung in vorteilhafter Weise die Messdaten eines Außentemperaturfühlers. Weiterhin ist es auch vorteilhaft, Vorhersagedaten, die hier in den Begriff Witterungsdaten fallen, in das Steuergerät aufzunehmen. Dazu ist das Steuergerät mit einer entsprechenden Datenquelle verbindbar, wie z.B. Internet, Telefon oder auch über Funk oder Radio. In diesem Fall erfolgt in vorteilhafter Weise die Erzeugung des Ladegrades in Abhängigkeit der eingehenden Witterungsdaten und des speziellen Lademodells.

1 Diagramm mit Soll-Schaltbereich und Soll-Dauer,
2 tatsächliche Aufladedauer und Aufladezeitpunkt nach Inbetriebnahme,
3 erster Tag nach Inbetriebnahme mit Rückwärtssteuerung.
In 1 ist der Soll-Einschaltbereich 1 der Haupt-Freigabezeit und auch ein Soll-Einschaltbereich 4 einer Zusatzfreigabe dargestellt. Weiterhin ist die Solldauer 2 der Haupt-Freigabezeit und die Solldauer 3 für die Zusatz-Freigabe eingezeichnet, womit beispielhaft ein spezielles Lademodell gekennzeichnet ist. Gemäß 2 überwacht die Steuerung, wann nach der Inbetriebnahme 8 die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabezeit und der Einschaltzeitpunkt 5 vorliegt, worauf eine Aufladung in Form der Vorwärtssteuerung erfolgt. Danach wird durch den Vergleich der Soll- mit den Ist-Daten eine Synchronisation durchgeführt. Liegen die Ist-Daten, z.B die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabezeit im Soll-Einschaltbereich 1,4 bzw. in der Soll-Dauer 2,3, wird gemäß Verfahren per Steuerung von Vorwärtssteuerung auf Rückwärtssteuerung geschaltet, und in der bekannten Art und Weise erfolgt die Ermittlung des Ladegrades 6 für die Aufladung. In den Bereichen der Soll-Dauer 3 der Zusatz-Freigabezeit 3 ist der erforderliche Ladegrad 6 üblicherweise geringer als während der Soll-Dauer 3 der Haupt-Ladefreigabezeitzeit bzw. in dem Bereich, in dem die Rückwärtssteuerung aktiv ist.
Gemäß 2 erfolgt nach Inbetriebnahme 8 direkt mit dem Einschaltzeitpunkt 5 ein Start der Aufladung, die bei einem Ladegrad 6 unter 100 % gewöhnlich schon vor Ende der Soll-Dauer 2 der Haupt-Freigabezeit abgeschaltet wird (Abschaltung 10). Im Beispiel erfolgt eine Abschaltung um ca. 3.45 Uhr. Das Verfahren erkennt, dass der Einschaltzeitpunkt 5 im Soll-Einschaltbereich 1 liegt, und in diesem Fall auch, dass die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabe in der Soll-Dauer 2 der Haupt-Ladefreigabezeit liegt. Die Bedingungen des Vergleichs der Soll- und der Ist-Daten sind erfüllt und gemäß Verfahren wird auf Rückwärtssteuerung umgeschaltet. Dazu wird vorzugsweise ein dynamischer zeitabhängiger Ladegrad 11 vorgegeben. Sinkt der Ist-Ladegrad 7 unter den Ladegrad 6 oder den dynamischen Ladegrad 11 und liegt eine Ladefreigabezeit 2,3 an, erfolgt die Aufladung.
Alternativ wird in der Steuerung berechnet, welche Ladezeit erforderlich ist, um den Ladegrad 6,11 zu erreichen. Rückgerechnet gemäß Rückwärtssteuerung wird nun am Tag nach der Synchronisation der Zeitpunkt mit der Ladung so begonnen, dass der Ladegrad mit dem Ende der Soll-Dauer der Ladefreigabezeit 2,3 erreicht ist. Bedingung ist, dass zumindest ein Istwert mit einem Sollwert übereinstimmt. Stimmt z.B. die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabezeit mit der Soll-Dauer 2 der Haupt-Ladefreigabezeit überein, so wird von Vorwärts- auf Rückwärtssteuerung umgeschaltet. Die Soll-Dauer 2 der Haupt-Ladefreigabezeit ist durch den Beginn 12 der Soll-Dauer 2 der Haupt-Ladefreigabezeit und deren Ende 13 festgelegt. In diesem Zeitraum muß die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabezeit liegen. Vorteilhaft ist es, zu überprüfen, ob auch der Einschaltzeitpunkt 5 im Soll-Einschaltbereich 1 der Haupt-Ladezeit liegt.
Gemäß 3 beginnt die Soll-Dauer 2 der Haupt-Ladezeit um 20.00 Uhr, die Ist-Dauer 9 der Ladefreigabe der Hauptladezeit um 21.00 Uhr (EVU-flexibel) und der Beginn der tatsächlichen Aufladung 15 nach der Synchronisation entsprechend einer Rückwärtssteuerung um 24.00 Uhr.
Das Verfahren bedient sich eines Zyklus, der <24 h ist; vorteilhaft sind 22 h. Ist dem System keine oder eine falsche Uhrzeit vorgegeben, so holt die falsche Uhrzeit die tatsächliche Uhrzeit um je 2 h bzw. der Zeitdifferenz aus 24 h Zykluszeit pro Tag auf. In den letzten 2 h (z.B. 22–24 Uhr) steht das Laufwerk. Das System wird über feste Schaltsignale der EVUs neu gestartet.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage, insbesondere Wärmespeicherheizung, deren Wärmespeicher während einer Ladefreigabe bis zu einem vorgegebenen Ladegrad (6) aufgeladen wird, der Ladegrad (6) in Abhängigkeit von Witterungsdaten und in Abhängigkeit von charakterisierenden Parametern des Lademodells ermittelt wird, wobei ein spezifisches Lademodell durch Eingabe eines Wertes oder einer Bezeichnung in der Steuerung aktiviert wird und in der Steuerung die entsprechenden Ladeparameter in Abhängigkeit des Wertes oder der Bezeichnung ermittelt werden.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach Anspruch 1, enthaltend den Verfahrensschritt, dass ein Soll-Einschaltbereich (1) der Ladefreigabezeit oder -zeitpunkt und/oder eine Soll-Dauer (2) der Ladefreigabe anhand des Wertes oder der Bezeichnung in der Steuerung ermittelt wird.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass ein tatsächlicher Einschaltzeitpunkt (5) der Ladefreigabe und/oder eine tatsächliche Ist-Dauer (9) der Ladefreigabe ermittelt und gespeichert wird.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass der tatsächliche Einschaltzeitpunkt (5) mit dem Soll-Einschaltbereich (1) oder -zeitpunkt der Ladefreigabe verglichen wird.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass die tatsächliche Ist-Dauer (9) der Ladefreigabe mit der Soll-Dauer (2) der Ladefreigabe verglichen wird.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach Anspruch 4, enthaltend den Verfahrensschritt, dass bei Übereinstimmung des Einschaltzeitpunktes (5) mit dem Sollzeitpunkt oder wenn der Einschaltzeitpunkt (5) innerhalb des Soll-Einschaltbereichs (1,4) der Ladefreigabe liegt, die Steuerung auf eine Rückwärtssteuerung oder Spreizsteuerung schaltet.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach Anspruch 5, enthaltend den Verfahrensschritt, dass bei Übereinstimmung der Ist-Dauer (9) der Ladefreigabe mit der Solldauer (2,3) die Steuerung auf eine Rückwärtssteuerung oder Spreizsteuerung umschaltet.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass die Steuerung mit einer Vorwärtssteuerung arbeitet, wenn die Uhrzeit an der Steuerung nicht eingestellt ist, die eingestellte Uhrzeit nicht plausibel ist oder verstellt ist.
Verfahren zur Steuerung einer Heizungsanlage nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend den Verfahrensschritt, dass ein Wert oder eine Bezeichnung für die Art des Fühlers eingegeben wird, wobei unterschiedliche Fühler mit verschiedenen Fühlereigenschaften bzw. Kennlinien in der Steuerung hinterlegt sind und bei Freigabe eines Wertes oder einer Bezeichnung eine spezielle Fühlerkennlinie oder -berechnung aktiviert ist.