DE102005012597A1

DE102005012597A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Heizflächen-Versorgungszustands und Versorgungszustandsregelung

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Publication number: DE102005012597A1
Application number: DE102005012597A
Authority: DE
Inventors: Arne Dr. Kähler
Original assignee: Techem Energy Services GmbH
Current assignee: Techem Energy Services GmbH
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-04-27
Also published as: DK1645928T3; DK1933220T3; EP1933220A3; EP1645928B1; ATE519151T1; EP1933220B1; EP1645928A1; PL1933220T3; ATE414296T1; DE502005005943D1; EP1933220A2

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Bestimmung eines Heizflächen-Versorgungszustands (VZ) einer Heizfläche, insbesondere für die Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanlagen mittels einer Wärmeleistungsregelung mit einer Versorgungszustandsregelung, sowie eine entsprechende Versorgungszustandsregelung beschrieben. Entsprechend der Erfindung wird der Heizflächen-Versorgungszustand (VZ) aus mindestens zwei Heizflächen-Temperaturwerten (theta¶HK¶, theta¶VL¶, theta¶RL¶) und/oder mindestens einem Volumenstrommesswert (VS, DELTAV, Q, DELTAQ) mittels Kennlinien (K) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Heizflächen-Versorgungszustands, insbesondere für die Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanlagen mittels einer Wärmeleistungsregelung mit einer Versorgungszustandsregelung bzw. Versorgungszustandsanalyse, und eine entsprechend eingerichtete Versorgungszustandsregelung. Das Verfahren und die Versorgungszustandsregelung können insbesondere für eine bedarfsgeführte Optimierung der Vorlauftemperatur in Heizungsanlagen verwendet werden.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt daher insbesondere im Bereich der Heizungsanlagen mit einer thermostatischen oder elektronischen Einzelraumtemperaturregelung, deren Stellgröße eine Veränderung der Hubstellungen von Heizkörper-Stellventilen erzeugt. Ein Heizkörper ist dabei insbesondere jede von einem Heizmittel oder -fluid, bspw. Wasser als flüssigem Wärmeträger, durchströmte Heizfläche. Diese kann ein klassischer Wärmestrahlungsheizkörper oder ein anderes regelbares Heizelement wie eine Fußbodenheizung, ein Konvektionsheizkörper oder dgl. sein, dessen abgegebene Wärmemenge an Heizkörpern bspw. mit bekannten 2- oder 3-Fühler-Systemen erfasst wird. Die Heizwärme wird meist zentral in einem Heizungssystem erzeugt und über ein Rohrsystem dezentral verteilt.

In der überwiegenden Zahl bekannter Heizungsanlagen zur Wärmeversorgung von Gebäuden wird der Sollwert der Vorlauftemperatur des Heizmittels in Abhängigkeit der Außentemperatur gemäß einer stationären Heizungsfahrkurve geführt. Werden neben der Außentemperatur keine weiteren Führungsgrößen zur Regelung der Vorlauftemperatur berücksichtigt, führt diese Lösung in der Regel zu einem signifikanten Unterschied zwischen bereitgestellter momentaner Heizleistung und tatsächlichem aktuellen Gebäudewärmebedarf. Die Folge sind typischerweise zu hohe oder zu niedrige, also dem Bedarf nicht angepasste Systemtemperaturen, woraus für den praktisch weit verbreiteten Fall überhöhter Systemtemperaturen sowohl unnötige Wärmeverteilungsverluste als auch Überheizungszustände der Räume resultieren, die einen unnötigen, deutlichen Energiemehrverbrauch nach sich ziehen. Zu geringe Systemtemperaturen führen zu nicht ausreichenden Beheizungszuständen der Räume, also zu nicht erwünschtem Diskomfort.

Der Einsatz einer autark arbeitenden thermostatischen oder elektronischen Einzelraumtemperaturregelung kann die Effekte einer nicht angepassten Vorlauftemperatur kaum kompensieren, da die Eingriffsmöglichkeit dieser Einzelraumregelung nur auf die Drosselung des Heizmittelstromes durch die wärmeübertragenden Heizflächen beschränkt ist. Außerdem wird die Regelbarkeit der Raumtemperatur durch nicht angepasste Vorlauftemperaturen deutlich verschlechtert. So führen eine Überhöhung der Vorlauftemperatur infolge der dadurch erhöhten Rohrwärmeabgabe zu einer Verringerung des Regelbereiches der Einzelraumtemperaturregelung und eine zu geringe Vorlauftemperatur zu einem für das Erreichen der Solltemperatur nicht ausreichenden Regelbereich. Dieser Nachteil autarker Einzelraumtemperaturregelungen kann durch die Anpassung der Vorlauftemperatur bzw. des Vorlauftemperatursollwertes an den tatsächlichen Gebäudewärmebedarf beseitigt werden, wozu jedoch ein zusätzlicher technischer Aufwand erforderlich ist.

Aus der WO 03/052536 A2 ist ein Verfahren bekannt, das aus den Ventilstellungen, die von einer elektronischen, kommunikationsfähigen Einzelraumregelung erfasst und übertragen werden, eine Korrektur des Sollwertes der Heizungs-Vorlauftemperatur ableitet, indem ein Versorgungszustand des Gebäudes als Regelgröße abgeleitet wird, der zur Adaption der Vorlauftemperatur und/oder des Massenstroms der Heizungsanlage verwendet wird. Dazu können insbe sondere die Ventilstellungen der Ventile der Heizkörper erfasst und einer Versorgungszustandsregelung zur Auswertung zugeleitet werden. Hierfür sind jedoch die Installation und der Betrieb einer aufwendigen und teuren kommunikationsfähigen, elektronischen Einzelraumtemperaturregelung und insbesondere die Installation von teuren elektronischen und kommunikationsfähigen Stellgeräten an den Heizkörpern erforderlich. Autarke Einzelraumregelungssysteme ohne Kommunikationsverbund, bspw. herkömmliche Thermostatventile, können keine bedarfsgeführte Führung der Heizungs-Vorlauftemperatur bzw. der Wärmeleistung in der Wärmeerzeugung bzw. in der Wärmeübergabe durchführen. Die Folge der in der Regel hohen Installations- und Wartungskosten elektronischer Einzelraumtemperaturregelungen sind Amortisationszeiten auf Basis der eingesparten Heizenergie von typisch mehr als 7 Jahren. Daher findet in vielen Fällen keine bedarfsgeführte Optimierung der Wärmeleistung von Heizungsanlagen statt, weil es nicht möglich ist, den Versorgungszustand der einzelnen Heizflächen automatisiert zu ermitteln und auszuwerten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Adaption der Wärmeleistung in Anlagen einfach durchführen zu können, ohne die Hubposition der einzelnen Ventile erfassen und in einem Kommunikationsverbund der Versorgungszustandsregelung mitteilen zu müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Heizflächen-Versorgungszustand aus mindestens zwei Heizflächen-Temperaturwerten und/oder mindestens einem Volumenstromwert bzw. einem daraus abgeleiteten Wert, wie einem Wärmeleistungswert, mittels Kennlinien ermittelt wird. Anstelle gesonderter elektronischer und kommunikationsfähiger Einzelraumregelungen kann bei der erfindungsgemäßen Lösung in einfacher Weise das in vielen Fällen bereits bestehende oder kostengünstig installierbare System kommunikationsfähiger Heizkostenverteiler (bspw. Funkheizkostenverteiler) und/oder Wärmemengen zähler genutzt werden, welche die erfassten Temperatur- und/oder Volumenstromwerte einer Heizkostenzentrale zur Auswertung übermitteln. Insbesondere ist dieses System der Heizkostenverteiler unabhängig von der Art der Einzelraumregelungen und kann auch bei nicht elektronischen, thermostatisch geregelten Heizungssystem angewendet werden, um eine optimale bedarfsgeführte Adaption der Wärmeleistung zu ermöglichen. Die bedarfsgeführte Adaption der Wärmeleistung ist in der WO 03/052536 A2 der Anmelderin ausführlich beschrieben, deren gesamter Inhalt auch Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Der Heizflächen-Versorgungszustand ist eine Größe, welche den zusätzlichen positiven oder negativen Leistungsbedarf einer Heizfläche anzeigt. Diese ist insbesondere mit der Hubstellung des Stellventils der Heizfläche oder dem Volumenstrom des durchströmenden Heizmediums korreliert. Ein aufgrund einer Einzelraum-Temperaturregelung weit geöffnetes Ventil, und damit hoher Heizvolumenstrom, zeigt für diesen Raum einen weiteren Heizleistungsbedarf an, der sich bspw. in einem negativen Heizflächen-Versorgungszustand (Unterversorgung) niederschlägt. Umgekehrt zeigt ein weit geschlossenes Ventil, und damit ein geringer Heizvolumenstrom, einen geringeren Heizleistungsbedarf dieser Heizfläche an, welcher sich bspw. in einem positiven Heizflächen-Versorgungszustand (Überversorgung) niederschlägt. Mit der Erfindung ist es möglich, den Heizflächen-Versorgungszustand auch ohne Kenntnis der Hubstellungen der den Heizflächen zugeordneten Heizkörperventilen zu ermitteln, um die Wärmeleistung der gesamten Heizungsanlage mit der Versorgungszustandsregelung so einzuregeln, dass an jeder Heizfläche ein möglichst optimaler Versorgungszustand herrscht. Dazu wird aus Heizflächen-Temperaturwerten und/oder aus Volumenstromwerten auf den Volumenstrom des Heizmediums zurückgeschlossen, der über Kennlinien mit dem Heizflächenversorgungszustand korreliert ist. Vorzugsweise wird der Volumenstrom dabei ins Verhältnis zu dem maximalen Nennvolumenstrom der Heizfläche gesetzt.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise auch die Heizflächen-Umgebungstemperatur bei der Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands berücksichtigt. Diese kann die Auswahl der Kennlinien zur Bestimmung des Heizflächen-Versorgungszustands aus der gemessenen Heizflächentemperatur mit bestimmen. Ferner kann als Referenzgröße für die Kennlinien eine Heizkörper-Übertemperatur herangezogen werden, welche als Differenz zwischen einem Heizflächen-Temperaturwert, insbesondere einer Heizflächen-Oberflächentemperatur oder einer Heizmediumtemperatur, und der Heizflächen-Umgebungstemperatur definiert ist.

Ein gemessener Heizflächen-Temperaturwert kann gemäß einer konkreten Ausgestaltung der Erfindung eine Heizkörperoberflächentemperatur, eine Heizkörpervorlauftemperatur, eine Heizkörperrücklauftemperatur und/oder eine Heizmediumtemperatur sein. Ferner kann die Heizflächen-Umgebungstemperatur die Heizkörper-Umgebungslufttemperatur sein. Diese Temperaturwerte stehen bei einer herkömmlichen 2- oder 3-Fühler-Messung zur Heizkostenerfassung bei Raumheizkörpern ohnehin zur Verfügung. Mit diesen Messgrößen und ggf. Kenntnis des Messortes an der Heizfläche ist es möglich, mittels Kennlinien den Versorgungszustand des Heizkörpers zu ermitteln. Die Zuordnung der einzelnen Temperaturwerte zu den Kennlinien basiert auf der Möglichkeit, durch parametrierbare mathematische Heizkörpermodelle auf den Volumenstrom des Heizmediums zurückzuschließen, der durch den Heizkörper fließt. Der Volumenstrom steht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem zusätzlichen Leistungsbedarf einer Heizfläche und damit deren Versorgungszustand.

Konkrete Möglichkeiten sind eine Messung der Heizkörperoberflächentemperatur in einem bekannten relativen Abstand zum Vorlaufanschluss, der Heizkörpervorlauftemperatur und der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur, eine Mes sung von zwei Heizkörperoberflächentemperaturen mit bekannten senkrechten Abständen zum Vorlaufanschluss und der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur oder eine Messung der Heizkörpervorlauftemperatur, der Heizkörperrücklauftemperatur und ggf. der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur. Die Heizkörper-Umgebungstemperatur kann in einer vereinfachten Ausführung auch als konstant angenommen werden, da die Raumtemperatur beheizter Räume in der Regel in der Größenordnung von 20°C liegt. Diese vereinfachte Ausführung bietet sich insbesondere an, wenn die Raumlufttemperatur nicht gemessen werden kann oder der Messwert bspw. aufgrund eines Defekts nicht zur Verfügung steht. In letzterem Fall kann dann automatisch ein geeigneter Schätzwert für die Heizflächen-Umgebungstemperatur angesetzt werden.

Die Heizkörpervorlauf- und -rücklauftemperaturen können unmittelbar an dem Vor- bzw. Rücklauf des Heizkörpers bzw. der Heizfläche gemessen werden. Außerdem kann die Heizkörpervorlauftemperatur aus einer an dem Vorlauf der Heizungsanlage bzw. des Heizkreises gemessenen, zentralen Vorlauftemperatur und der zumindest annähernd bekannten Entfernung zu dem Heizkörper bzw. der Heizfläche mittels eines Models abgeschätzt werden. Grundsätzlich kann die Heizkörpervorlauftemperatur an beliebigen Stellen mit beliebig vielen Messpositionen zwischen dem Eintritt des Wärmeträgers in das Heizungssystem, bspw. dem Ausgang des Kessels oder dem Eintritt einer Fernwärmeleitung in das Gebäude, und dem Heizkörper bzw. der Heizfläche gemessen werden. In einer einfachen Ausführungsform erfasst ein Fernfühler bspw. eines Heizkostenverteilers die Temperatur an der Oberfläche des Vorlaufrohres.

Erfindungsgemäß kann zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands auch der Volumenstrom oder das Volumeninkrement als gemessener Volumenstromwert herangezogen werden. Solche Volumenstromwerte werden bspw. in einem Wärmemengenzähler gemessen, der typischer Weise bei Fußbodenheizungen oder dergleichen Flächenheizungssystemen für die Erfassung der ver brauchten Wärmemenge eingesetzt wird und im Sammelrücklauf der Fußbodenheizungsverteilung installiert sein kann. Ein Wärmemengenzähler erfasst den Volumenstrom oder das Volumeninkrement, die Vor- und Rücklauftemperatur und berechnet daraus typischer Weise die aktuelle Wärmeleistung bzw. das aktuelle Wärmemengeninkrement. Je nach Kommunikationsausstattung kann der Wärmemengenzähler direkt den gemessenen Volumenstrom bzw. das Volumeninkrement zurückgeben.

Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Volumenstromwert erfindungsgemäß eine aktuelle Wärmeleistung oder ein aktuelles Wärmeleistungsinkrement sein, welche(s) aus der Vorlauftemperatur, der Rücklauftemperatur und dem Volumenstrom oder dem Volumeninkrement insbesondere von dem Wärmemengenzählers ermittelt wird. In diesem Fall wird analog zu der vorerwähnten Bestimmung des Heizflächen-Temperaturwertes aus der Wärmemenge, der Vorlauf- und der Rücklauftemperatur und dem Enthalpie/k-Wert des Heizmediums der Volumenstrom bzw. das Volumenstromverhältnis zu einem maximalen Nennvolumenstrom ermittelt. Anstelle einer direkten Messung der Vorlauf- und der Rücklauftemperatur kann natürlich auch aus anderen (Temperatur-)Messgrößen auf diese Temperaturwerte zurückgeschlossen werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Kennlinie empirisch ermittelt sein. Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass an einem für eine Gruppe von Heizkörpern typischen Heizkörper mit einem Ventil bekannter Ventilautorität der Ventilhub eingestellt und diesem über eine bestimmte funktionale, bspw. lineare Abhängigkeit ein Heizflächen-Versorgungszustand zugeordnet wird. Für jede Ventilstellung wird dann der zugehörige Volumenstrom gemessen und dem Heizflächen-Versorgungszustand zugewiesen. Durch Messung von Heizflächen-Temperaturwerten bei einem bekannten (gemessenen) Volumenstrom ist bei bekannter Vorlauftemperatur eine Zuordnung der Heizflächen-Temperaturwerte zu dem Heizflächen-Versorgungszustand möglich. Erfindungs gemäß kann die Kennlinie unter Zugrundelegung physikalischer Annahmen und geeigneter Heizkörper-Modelle für das Strömungs- und/oder Temperaturverhalten auch entsprechend parametriert werden, so dass die Kennlinien in der Versorgungszustandsregelung einfach als Funktionen hinterlegt werden können. Entsprechendes gilt für andere Heizflächen wie bspw. Fußbodenheizungen.

Zur Anwendung bei einem Verfahren zur Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanlagen mittels einer Wärmeleistungsregelung der Heizungsanlage, insbesondere durch Variation von Vorlauftemperatur und/oder Massenstrom, kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass aus mehreren Heizflächen-Versorgungszuständen von insbesondere zu einem Heizkreis oder Gebäude gehörenden Heizflächen bspw. mit Methoden der Fuzzy-Logik ein Heizkreis- und/oder ein Gebäudeversorgungszustand als Regelgröße für die Versorgungszustandsregelung der Wärmeleistungsregelung bestimmt, mit einem vorgebbaren Sollwert für den Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand verglichen und daraus ein Sollwert und/oder Korrekturwert für die Wärmeleistungsregelung ermittelt werden. Dadurch wird erfindungsgemäß eine Leistungsanpassung der zentralen Heizungsversorgung durch Veränderung der Vorlauftemperatur oder des Volumenstromes des flüssigen Wärmeträgers bzw. durch Kombination der Veränderung von Vorlauftemperatur und Volumenstrom mit einer bedarfsabhängigen Regelung erreicht.

Um Regelungsspitzen zu vermeiden, kann aus dem Heizflächen-Versorgungszustand, dem Heizkreis-Versorgungszustand und/oder dem Gebäude-Versorgungszustand ein zeitlich gemittelter Versorgungszustand bestimmt werden, insbesondere mittels zeitlicher Glättung, Anwendung eines zeitdiskreten Filters oder zeitlicher Mittelwertbildung. Die zeitliche Glättung, Filterung oder Mittelwertbildung der Heizflächen-Versorgungszustände erfolgt auch mit dem Ziel, Schwankungen infolge des Arbeitsverhaltens von elektrothermischen AUF-ZU-Antrieben auszugleichen.

Zusätzlich kann der Heizkreis- und/oder der Gebäudeversorgungszustand mit einer Altersgewichtung aus den Heizflächen-Versorgungszuständen ermittelt werden. Durch eine zeitabhängige Altersgewichtung der berücksichtigten Heizflächen-Versorgungszustände können veraltete Heizflächen-Versorgungszustände gleitend aus der Berechnung des Gebäudeversorgungszustands herausgefiltert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das zeitliche Alter eines einzelnen Heizflächen-Versorgungszustands ggf. nach Überschreiten eines vorgegebenen Alterswertes relativ zum jüngsten Heizflächen-Versorgungszustand des entsprechenden Heizkreises bzw. Gebäudes ermittelt wird. Entsprechend diesem relativen Alter wird der Heizflächen-Versorgungszustand dann mit einem bspw. von dem relativen Alter linear oder exponentiell abhängenden Altergewichtungsfaktor gewichtet, bspw. durch Multiplikation mit einem Wert zwischen 0 und 1, wobei der Heizflächen-Versorgungszustand bei Überschreiten eines maximalen Alterswertes auch gar nicht mehr berücksichtigt werden kann. Durch die Berücksichtigung des relativen Alters zwischen den einzelnen Versorgungszuständen wird insbesondere erreicht, dass nur repräsentative Werte für die Wärmeleistungsregelung herangezogen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Sollwert für den Heizflächen-, Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand einem vorgegebenen Nennvolumenstrom für eine Heizfläche und/oder einer vorgegebenen Hubstellung eines Heizflächenventils entspricht, wie insbesondere durch die DIN EN 215 vorgegeben. Dabei kann der Sollwert eines Heizflächen-Versorgungszustands, der eine optimale Versorgung des Heizkörpers anzeigt, vorzugsweise etwa einer Mittelstellung des Ventilhubs bzw. daraus abgeleiteten Größen, wie Volumenstrom oder Heizflächen-Temperaturwerten, entsprechen. Dann ergibt sich eine gute Regelbarkeit der Raumtemperatur infolge vorhandener positiver oder negativer Stellgrößenreserven an dem Heizkörperventil bzw. Heizleistungsreserven an dem Heizkörper.

Zur Vermeidung von Leistungsspitzen kann der Soll- bzw. Korrekturwert für die Wärmeleistungsregelung, bspw. die Vorlauftemperaturregelung, derart begrenzt werden, dass ein parametrierbarer, zulässiger oberer und/oder unterer Grenzwert nicht über- bzw. unterschritten wird. Eine besondere Ausprägung dieses Merkmals besteht darin, die Grenzwerte, insbesondere den oberen Grenzwert, in Abhängigkeit der Außentemperatur zu führen. Dadurch kann bspw. der Vorlauftemperaturwert abhängig von der Außentemperatur auf bspw. 70 bis 80 °C begrenzt werden. Die Maximalbegrenzung kann dabei auch als Außentemperatur-abhängige Temperaturdifferenz von einer Basis-Heizkennlinie für die Vorlauftemperatur definiert werden. Die vorgeschlagene Begrenzung von Soll- bzw. Korrekturwert hat den Vorteil, dass insbesondere im Bereich niedriger Außentemperaturen ein Überschreiten einer parametrierbaren, zulässigen oberen Leistungsgrenze vermieden wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Versorgungszustandsregelung zur Regelung des Versorgungszustands mindestens einer Heizfläche, insbesondere nach dem vorbeschriebenen Verfahren. Die Versorgungszustandsregelung weist ein Modul zur Erfassung von mindestens zwei Heizflächen-Temperaturwerten und/oder mindestens einem Volumenstromwert und ein Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands aus den Heizflächen-Temperaturwerten mittels Kennlinien auf, welche in dem Modul in Form von Wertetabellen hinterlegt sein oder über einen Algorithmus berechnet werden können. Dazu kann die Versorgungszustandsregelung bspw. an ein System zur Heizkostenverteilung angeschlossen sein, welches die benötigten Temperaturwerte und/oder Volumenstromwerte zur Heizleistungserfassung erfasst und auswertet. Der Einfachheit halber kann die Versorgungszustandsregelung bspw. in einer Zentrale des Systems zur Heizkostenverteilung mit integriert sein, in der alle benötigten Temperaturwerte sowie Informationen zu den Heizflächen zur Verfügung stehen.

Es ist erfindungsgemäß auch möglich, das Modul zur Erfassung der Heizflächen-Temperaturwerte und/oder Volumenstromwerte und/oder das Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands in eine bspw. elektronische Einzelraumtemperaturregelung zu integrieren. Insbesondere kann das Modul zur Erfassung der Heizflächen-Temperaturwerte und/oder Volumenstromwerte ein herkömmlicher Heizkostenverteiler oder Wärmemengezähler sein. Das Modul kann vorzugsweise eine Bus-Schnittstelle, bspw. eine M-Bus-Schnittstelle, aufweisen, um die ausgelesenen Werte einfach an das Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands zu übertragen. Die Erfindung ist jedoch auch für Wärmemengenzähler mit Impulsschnittstelle umsetzbar. Außerdem kann statt eines Wärmemengenzählers erfindungsgemäß auch ein beliebiger Volumenmesszähler eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß muss das Modul zur Erfassung der Heizflächen-Temperaturwerte und/oder Volumenstromwerte nicht unmittelbar mit dem Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands bspw. über Funk kommunizieren. Dies würde in der Regel einen hohen funktechnischen Aufwand bedeuten, da die Funkreichweiten in Gebäuden eingeschränkt sind und bspw. mit Repeatern gearbeitet werden müsste. Daher kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass das Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands an eine Zentrale der Verbrauchswerterfassung angeschlossen ist, in der alle benötigten Messdaten für die Ermittlung der einzelnen Heizflächen-Versorgungszustände zur Verfügung stehen. Diese Kommunikation kann als Funk- oder drahtgebundene Kommunikation ausgeführt werden.

Die Versorgungszustandsregelung kann in eine Wärmeleistungsregelung zur Vorgabe einer Vorlauftemperatur und/oder eines Massenstroms einer Heizungsanlage integriert sein. Dazu weist die Versorgungszustandsregelung oder die Wärmeleistungsregelung eine geeignete Schnittstelle zu der Heizungsanla ge, bspw. zu der Kesselsteuerung, auf, um einen geeigneten Sollwert für die Kesselregelung als Führungssignal oder Korrektursignal zu einem anders erzeugten, bspw. außentemperaturabhängigen Führungssignal zu erzeugen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
1 einen Signalflussplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform mit einer 3-Fühler-Messeinrichtung;
2 einen Signalflussplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer 3-Fühler-Messeinrichtung;
3 einen Signalflussplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform mit einer 2-Fühler-Messeinrichtung;
4 einen Signalflussplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung des Volumenstroms;
5 einen Signalflussplan für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform mit einer Messeinrichtung zur Bestimmung der Wärmeleistung;
6a, b Kennlinien Heizflächenversorgungszustand gegen Volumenstromverhältnis;
7a, b Kennlinien Heizflächenversorgungszustand gegen Heizkörpertemperatur;
8a, b Kennlinien Heizflächenversorgungszustand gegen Heizkörperleistung;
9 eine Kennlinie Volumenstrom gegen Ventilhub für verschiedene Ventilautoritäten;
10 eine Kennlinie Heizkörperleistung gegen Ventilhub für verschiedene Ventilautoritäten;
11 herkömmliche lineare und nichtlineare Heizungsfahrkurven und
12 eine Kennlinie Versorgungszustand gegen Heizleistungsbedarf.
1 stellt schematisch den Ablauf der erfindungsgemäßen Ermittlung der Heizflächen-Versorgungszustände im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanlagen mittels einer Wärmeleistungsregelung mit einer Versorgungszustandsregelung dar, welche ein Wärmeleistungsadaptionsmodul 1 aufweist, in dem aus Temperaturwerten der Heizflächen ein Gebäudeversorgungszustand BST ermittelt und daraus ein Sollwert und/oder ein Korrekturwert VLT_S für die Wärmeleistungsregelung ermittelt wird.
Das Wärmeleistungsadaptionsmodul 1 weist ein Modul 2 zur Erfassung der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur ϑ_L und zwei Heizkörperoberflächentemperaturen ϑ_HK auf. Das Modul 2 kann bspw. eine herkömmliche 3-Fühler Messeinrichtung eines elektronischen Heizkostenverteilers sein. In dem Modul 2 werden aus den zwei Heizkörperoberflächentemperaturwerten ϑ_HK durch Differenzbildung mit der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur ϑ_L sogenannte Heizköper-Übertemperaturen gebildet. Zusammen mit weiteren Kenngrößen J des Heizkörpers bzw. der Heizfläche, insbesondere der Position der Temperaturmesspunkte, wie bspw. den relativen senkrechten Abständen der Temperaturmesspunkte zum Vorlaufanschluss, Nenngrößen im Auslegungspunkt, wie bspw. Nennleistung, -vorlauftemperatur, -rücklauftemperatur, -volumenstrom, oder dgl., wird aus diesen Temperaturwerten mit einem auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten basierenden, parametrierbaren mathematischen Heizkörpermodell M der aktuelle Volumenstrom VS des Heizkörpers ermittelt, bspw. als Volumenstromverhältnis V relativ zu dem maximalen Nennvolumenstrom. Aus diesem kann mit der Kennlinie K aus 6a, die den Heizflächenversorgungszustand VZ als Funktion des Volumenstromverhältnisses V für eine mittlere Ventilautorität 0,5 zeigt, der Heizflächen-Versorgungszustand VZ ermittelt werden. Die Variationsbreite des Kennlinienverlaufs für Ventile mit Ventilautoritäten zwischen 0,1 und 1 ist 6b zu entnehmen.
Nach Ermittlung des aktuellen Heizflächen-Versorgungszustands VZ wird in einem Mittlungsmodul AV ein mittlerer Heizflächen-Versorgungszustand generiert, um kurzfristige Schwankungen bspw. bei einem Ventiltest eines elektronisch verstellbaren Heizkörperventils, bei Verwendung von elektrischen AUF-ZU-Antrieben oder eines manuell verstellbaren Thermostatventils regelungstechnisch nicht zu stark zu bewerten bzw. auszugleichen. Dies kann in dem Mittlungsmodul AV durch zeitliche Glättung, mittels Anwendung eines zeitdiskreten Filters oder durch zeitliche Mittelwertbildung erfolgen.
Die wie vorbeschrieben für eine Vielzahl von Heizkörpern HK1 bis HKn ermittelten Heizflächen-Versorgungszustände VZ werden mit der Bewertungslogik eines Versorgungszustandsanalysators 4 bewertet, die bspw. mit Methoden der Fuzzy-Logik, wie in der WO 03/052536 A2 beschrieben, aus den jeweiligen Heizflächen-Versorgungszuständen VZ einen Gebäudeversorgungszustand BST generiert und an ein Versorgungszustandsadaptionsmodul 5 mit einer Optimierungslogik weiterleitet, um den Sollwert und/oder Korrekturwert VLT_S für die Wärmeleistungsregelung zu bestimmen und auszugeben.
Dabei wird die Vorlauftemperatur und/oder der Massenstrom der Heizungsanlage vorzugsweise derart eingestellt, dass an jeder der Heizflächen ein definierter Nennvolumenstrom bzw. damit korrespondierend eine definierte Hubstellung der Heizflächenventile im mittleren Stellbereich eingestellt ist (vgl. 6a, 6b), um eine gute Regelbarkeit der einzelnen Heizflächen bzw. Räume zu erreichen. Durch die Optimierungslogik wird erreicht, dass dieser auch gemäß DIN EN 215 definierte Zustand an allen Heizflächen möglichst weitgehend angenähert wird. Insbesondere wird darauf geachtet, dass der Arbeitspunkt auf der Kennlinie des Heizkörperventils bzw. der Heizfläche oberhalb des regelungstechnisch kritischen Schließbereichs liegt. Ferner soll der Arbeitspunkt auf der Kennlinie der Heizfläche unterhalb des regelungstechnisch kritischen Bereichs einer gesättigten Heizkörperleistung liegen. Typische Kennlinien hierfür sind für verschiedene Ventilautoritäten in den 9 und 10 dargestellt.
Der für die Bildung des Volumenstromverhältnisses V benötigte maximale Nennvolumenstrom kann aus Heizkörperauslegungsdaten, insbesondere der Nennwärmeleistung, der Nennvorlauf- und -rücklauftemperatur, bestimmt werden. Wenn diese in der Praxis nicht bekannt sind, sieht das Verfahren vor, den jeweils maximalen ermittelten Volumenstrom ggf. nach einer Plausibilitätsprüfung als maximalen Nennvolumenstrom zu speichern und zu verwenden. Dieser so nach dem Schleppzeigerprinzip ermittelte maximale Nennvolumenstrom kommt nach einer gewissen Betriebsdauer dem maximalen Nennvolumenstrom, der aus den Ausführungs- oder Planungsunterlagen des Heizungssystems entnommen werden kann, für die praktische Anwendung ausreichend nahe. Dieses Verfahrensmerkmal erleichtert den Einsatz der vorgeschlagenen Wärmeleistungsregelung insbesondere bei bereits bestehenden Installationen, für die gewisse Nenndaten häufig nicht mehr einfach verfügbar sind.
2 stellt eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer 3-Fühler-Messung dar, bei der mit dem Modul 2 die Vorlauftemperatur ϑ_VL und die Rücklauftemperatur ϑ_RL zusammen mit der Heizkörper-Umgebungslufttemperatur ϑ_L unmittelbar am Heizkörperanschluss gemessen wird. In diesem Fall müssen bei der Bestimmung des Heizflächen-Versorgungszustands in dem Modul 3 weniger Annahmen bzgl. des Heizkörpermodells gemacht werden. Im Übrigen läuft das Verfahren in analoger Weise ab wie bei der 3-Fühler-Messung gemäß 1. Insoweit werden in 2 auch dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird auf eine detaillierte Beschreibung des Verfahrensablaufs verzichtet.
In 3 ist die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Variante mit einer 2-Fühler-Messung dargestellt, bei der an der Heizfläche nur eine Heizkörperoberflächentemperatur ϑ_HK und die Heizkörper-Umgebungslufttemperatur ϑ_L gemessen werden. Die für die Bestimmung des Heizflächen-Versorgungszustands VZ benötigte Heizkörpervorlauftemperatur ϑ_VL wird aus der bspw. einmal zentral gemessenen Vorlauftemperatur der Heizungsanlage ϑ_GVL mittels eines Rohrmodells R zum Vorlauftemperaturverlust in dem Rohrsystem abgeschätzt. Die Messung der Vorlauftemperatur ϑ_GVL der Heizungsanlage kann (auch mehrmals) an beliebigen Zwischenpunkten zwischen dem Eintritt des Heizungsmedium in das Gebäude und dem Heizkörper/der Heizfläche gemessen werden. Als wesentlicher Parameter geht in das Rohrmodell R die Entfernung zwischen dem Messort der Vorlauftemperatur und der Heizfläche ein. Aufgrund dieser Vereinfachung des Messsystems ist diese Variante auch für 2-Fühler-Messsysteme geeignet, bei denen nur ein Heizflächen-Temperaturwert, bspw. eine Heizkörperoberflächentemperatur ϑ_HK, und die Heizkörper-Umgebungslufttemperatur ϑ_L mit dem Modul 2 gemessen werden. Im Weiteren entspricht der Verfahrensablauf dem in den 1 oder 2 beschriebenen Verfahren, so dass auf eine genauere Erläuterung verzichtet wird.
4 beschreibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Flächenheizungssystemen wie bspw. einer Fußbodenheizung. Dort werden häufig im Sammelrücklauf der Fußbodenheizung eingesetzte Wärmemengenzähler WMZ als Modul 6 zur Erfassung von Volumenstromwerten verwendet, die den Volumenstrom VS oder das pro Zeitintervall erfasste Volumenstrominkrement ΔV messen. Diese werden in einem Heizkörper- bzw. -flächenmodell M mit weiteren Parametern J, insbesondere dem maximalen Nennvolumenstrom, ins Verhältnis gesetzt, um das Volumenstromverhältnis V zu bestimmen. Die weitere Bestimmung der Heizflächen-Versorgungszustände VZ und des Sollwerts VLT_S verläuft anlog zu den vorbeschriebenen Ausführungsvarianten gemäß den 1 bis 3, so dass hier auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen wird.
Häufig geben Wärmemengenzähler WMZ auch nur die ermittelte Wärmeleistung Q bzw. ein pro Zeitintervall erfasstes Wärmemengeninkrement ΔQ aus. In diesem Fall kann aus der Wärmeleistung Q oder dem Wärmemengeninkrement ΔQ unter Berücksichtigung der Vorlauftemperatur ϑ_VL, der Rücklauftemperatur ϑ_RL und der Enthalpie des Heizkörpermediums auf das Volumenverhältnis zurückgerechnet werden. Diese Verfahrensvariante ist in 5 dargestellt. Dort liefert ein Wärmemengenzähler WMZ im Modul 6 die Wärmeleistung Q oder das Wärmemengeinkrement ΔQ an das Heizkörpermodell M. Um daraus auf das Volumenstromverhältnis rückschließen zu können, werden zusätzlich mit einem Tempe raturmessgerät im Modul 2 Heizflächen-Temperaturwerte ϑ_VL, ϑ_RL sowie ggf. ϑ_L erfasst und an das Heizkörpermodell M weitergeleitet, das hieraus mittels weiterer benötigter Kenngrößen J der Heizungsanlage das Volumenstromverhältnis V ermittelt, das dann wie bekannt weiter verarbeitet wird.
Ein Wärmemengenzähler WMZ kann als einfachste Ausführungsform ein Volumenmessgerät mit einem Impulsausgang sein, das ein Volumeninkrement als Ausgangsgröße oder ein Wärmemengeinkrement weitergibt. Im Falle eines Wärmemengenzählers WMZ mit einer insbesondere Bus-fähigen Kommunikationsschnittstelle kann der Wärmemengenzähler auch ein integrierteres Temperaturmessgerät aufweisen und mehrere verschiedene Messwerte an das Heizkörpermodell M zur Verarbeitung weiterleiten.
Anstelle der Berechnung des Volumenstroms VS bzw. des Volumenstromverhältnisses V an der Heizfläche und der Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands VZ aus den Kennlinien gemäß 6a oder 6b ist es auch möglich, in den Kennlinien direkt den Heizflächen-Versorgungszustand VZ aufzutragen gegen die Heizkörpertemperatur (7a, 7b) oder die relative Heizkörperleistung (8a, 8b). In die Bestimmung der Kennlinien geht dann die Heizkörper-Umgebungstemperatur ϑ_L und eine Vorlauftemperatur ϑ_VL ein, die bspw. als parametrierbare Größen in der Kennlinienberechnung berücksichtigt werden. Die in den 7a und 8a dargestellten Kennlinien zeigen jeweils Kennlinien bei einer Ventilautorität 0,5 für eine Heizkörper-Umgebungstemperatur ϑ_L von 20°C und eine typische Vorlauftemperatur ϑ_VL von 75°C. In den 7b und 8b ist die Variationsbreite der Kennlinien für Ventilautoritäten zwischen 0,1 und 1 dargestellt.
Um eine weitere Messgröße einzusparen, kann die Umgebungstemperatur ϑ_L bei allen vorgenannten Verfahrensvarianten auf einen typischen Wert von bspw. 20°C geschätzt werden, insbesondere wenn diese Messgröße nicht zur Verfügung steht oder ausfällt.
Nachfolgend werden die Grundverfahrensschritte für das Verfahren zur Adaption der Wärmeleistung von Heizungsanlagen im Kontext des Gesamtverfahrens noch einmal detailliert erläutert.
Das vorgeschlagene Verfahren zur bedarfsgeführten Führung der Heizungsanlagen-Vorlauftemperatur ϑ_GVL bzw. der Wärmeleistung in der Wärmeerzeugung (Heizkessel) oder in der Wärmeübergabe (Fernwärme) eignet sich für den Einsatz einer dem Stand der Technik entsprechenden thermostatischen Einzelraumtemperaturregelung (Stellventil mit Thermostatkopf) zur Regelung der Raumtemperatur in Heizungsanlagen mit flüssigem Wärmetransportmedium (z.B. Wasser). Alternativ kann das Verfahren auch in Heizungsanlagen mit einer elektronischen Einzelraumtemperaturregelung zur Regelung der Raumtemperatur mittels Drosselung des Heizkörpervolumenstromes Anwendung finden, wobei die Einzelraumtemperaturregelung autark arbeiten kann und ohne Kommunikationsverbund auskommt.
Um eine Adaption der erzeugten Wärmeleistung zu erreichen, wird für jeden Heizkörper mit thermostatischer oder elektronischer Einzelraumtemperaturregelung eine Kenngröße Versorgungszustand VZ abgeleitet, die indirekt proportional zum aktuellen zusätzlichen Leistungsbedarf des Heizkörpers ist, d.h. ein negativer Wert für den Versorgungszustand VZ (Unterversorgung) entspricht einem positiven zusätzlichen Leistungsbedarf und ein positiver Wert für den Versorgungszustand VZ (Überversorgung) entspricht einem negativen zusätzlichen Leistungsbedarf. Bei einem Versorgungszustand VZ = 0 besteht kein zusätzlicher Leistungsbedarf, sondern eine ausgeglichene Wärmebilanz. Der Heizflächen-Versorgungszustand VZ kann aus dem Drosselungszustand des Heizkörperventils oder (direkt oder indirekt) aus dem Volumenstrom des Heiz körpers ermittelt werden, der wie vorbeschrieben aus verschiedenen Heizflächen-Temperaturwerten und/oder Volumenstromwerten abgeleitet werden kann.
Für die Erfassung der Heizkörperoberflächentemperaturen ϑ_HK und Heizkörper-Umgebungstemperaturen ϑ_L können in einfacher Weise dem Stand der Technik entsprechende elektronische Heizkörper-Messeinrichtungen – wie etwa elektronische Heizkostenkostenverteiler – vorgesehen werden. Alternativ kann die Erfassung der Heizkörpervorlauftemperatur ϑ_VL, der Heizkörperrücklauftemperatur ϑ_RL und der Heizkörperumgebungstemperaturen ϑ_L auch direkt am Heizkörperanschluss mittels geeigneter elektronischer Messeinrichtungen erfolgen. Für die Volumenstrommessung können die vorbeschriebenen Wärmemengenzähler WMZ eingesetzt werden.
Aus den o.g. Temperatur-Messwerten ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL und/oder ϑ_L und/oder den Volumenstromwerten VS, ΔV, Q, ΔQ wird das aktuelle Heizkörper-Volumenstromverhältnis V zu einem maximalen Nennvolumenstrom auf Basis eines parametrierbaren mathematischen Heizkörpermodells M bestimmt.
Dazu werden aus den Temperatur-Werten ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL und/oder ϑ_L mit den bekannten Heizkörperdaten J zunächst die aktuelle Heizkörperleistung bzw. die abgegebene Heizenergie berechnet, wie dies bei Heizkostenverteilern allgemein üblich ist. Zusätzlich wird die Vorlauftemperatur ϑ_VL am Vorlaufanschluss des Heizkörpers entweder aus einer Extrapolation aus mindestens zwei bekannten Übertemperaturen des Heizkörpers oder durch eine Schätzung der Vorlauftemperatur ϑ_VL am Vorlaufanschluss des Heizkörpers aus der Heizungsanlagen-Vorlauftemperatur ϑ_GVL mittels eines Rohrmodells R ermittelt, bei dem die Entfernung zum Heizkörper und typische Isoliermaterialien zugrunde gelegt werden. Unter Zugrundelegung des Heizkörpermodells M wird ferner die Rücklauftemperatur ϑ_RL am Heizkörperrücklaufanschluss ermittelt und die Enthalpie (k-Wert) des Wärmeträgers bestimmt. Mit diesen Angaben kann in dem Heizkör permodell M das Heizkörper-Volumenstromverhältnis V berechnet werden, aus dem über die Kennlinien gemäß 6a, 6b der Heizflächen-Versorgungszustand VZ abgeleitet werden kann. Entsprechendes gilt für den Wärmemengenzähler WMZ.
Anstelle der Berechung des Volumenstroms V aus den Temperaturwerten können mittels ähnlicher funktioneller Beziehungen oder durch empirische Ermittlung auch Kennlinien gemäß 7a, 7b für die Heizkörpertemperatur oder 8a, 8b für die Heizkörperleistung bestimmt werden, so dass direkt aus diesen Größen der Heizflächen-Versorgungszustand VZ abgeleitet werden kann.
Abweichungen von dem angestrebten Soll-Heizkörper-Versorgungszustand werden zahlenmäßig bspw. entsprechend der Kennlinie gemäß 12 bewertet, mit negativen Werten für Unterversorgungszustände, denen (zu) große Heizkörpervolumenströme bzw. (zu) geringe Heizleistungsreserven entsprechen, und mit positiven Werten für Überversorgungszustände, denen (zu) kleine Heizkörpervolumenströme bzw. (zu) hohe Heizleistungsreserven entsprechen.
Die aktuellen Heizflächen-Versorgungszustände VZ werden dann in (zeitlich) gemittelte Heizflächen-Versorgungszustände VZ überführt und an einen Versorgungszustandsanalysator 4 mit einer Bewertungslogik übergeben, die aus den Heizflächen-Versorgungszuständen VZ einen Heizkreis- und/oder Gebäudeversorgungszustand BST generiert, bspw. mit Methoden der Fuzzy-Logik, wobei auch der Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand BST (zeitlich) gemittelt werden kann.
Der Heizkreis- und/oder Gebäudeversorgungszustand BST wird an ein Versorgungszustandsadaptionsmodul 5 mit einer Optimierungslogik übertragen, die daraus die Heizungs-Vorlauftemperatur bzw. deren Korrektur oder den Volumenstrom bzw. dessen Korrektur oder die Wärmeleistung bzw. deren Korrektur ermittelt und als Sollwert VLT_S an die Regeleinrichtung der Wärmeerzeugung oder der Wärmeübergabe überträgt.
Mit der Erfindung können daher die Vorteile einer Adaption der Wärmeleistung einer Heizungsanlage genutzt werden, indem aus dem Drosselungszustand eines Heizkörpers oder einer Heizfläche, der in direkter Beziehung zum Volumenstrom des Heizkörpers oder der Heizfläche steht und der durch eine Stelleinrichtung einer Einzelraumtemperaturregelung erzeugt wird, auf den zusätzlichen Wärmebedarf bzw. auf den Versorgungszustand VZ des Heizkörpers oder der Heizfläche geschlossen wird. Der Betriebszustand eines Heizkörpers und insbesondere auch sein Volumenstrom kann einfach durch die Messung von Temperaturen, insbesondere zwei Heizflächen-Temperaturwerten und ggf. der Umgebungstemperatur, hinreichend genau bestimmt werden, so dass eine genaue Erfassung der Hubstellungen der jeweiligen Heizkörperventile nicht notwendig ist, um den Heizflächen-Versorgungszustand zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere bei Flächenheizungssystemen wie etwa Fußbodenheizungen der Volumenstrom VS mit entsprechenden Wärmemengenzählern WMZ erfasst werden. Daher lässt sich die Erfindung in einfacher Weise auch bei bspw. thermostatischen Einraumtemperaturregelungen anwenden.

1: Wärmeleistungsadaptionsmodul
2: Modul zur Erfassung von Heizflächen-Temperaturwerten
3: Modul zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands
4: Versorgungszustandsanalysator
5: Versorgungszustandsadaptionsmodul
6: Modul zur Erfassung von Volumenstromwerten
ϑ_L: Heizkörper- bzw. Heizflächen-Umgebungslufttemperatur
ϑ_HK: Heizkörper- bzw. Heizflächenoberflächentemperatur
ϑ_VL: Heizkörper- bzw. Heizflächenvorlauftemperatur
ϑ_RL: Heizkörper- bzw. Heizflächenrücklauftemperatur
ϑ_GVL: Vorlauftemperatur der Heizungsanlage
J: Kenngrößen des Heizkörpers
K: Kennlinie
V: Volumenstromverhältnis
VS: Volumenstrom
VZ: Heizflächen-Versorgungszustand
M: Heizkörper- bzw. -flächenmodell
R: Rohrmodell
AV: Mittlungsmodul
VLT_S: Sollwert und/oder Korrekturwert für die Wärmeleistungsregelung
BST: Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand
HK: Heizkörper bzw. Heizfläche
WMZ: Wärmemengenzähler

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Heizflächen-Versorgungszustands (VZ) einer Heizfläche, insbesondere für die Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanlagen mittels einer Wärmeleistungsregelung mit einer Versorgungszustandsregelung, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizflächen-Versorgungszustand (VZ) aus mindestens zwei Heizflächen-Temperaturwerten (ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL) und/oder mindestens einem Volumenstromwert (VS, ΔV, Q, ΔQ) mittels Kennlinien (K) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizflächen-Umgebungstemperatur (ϑ_L) bei der Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands (VZ) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Heizflächen-Temperaturwert eine Heizkörperoberflächentemperatur (ϑ_HK), eine Heizkörpervorlauftemperatur (ϑ_VL), eine Heizkörperrücklauftemperatur (ϑ_RL) und/oder eine Heizmediumtemperatur ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizflächen-Umgebungstemperatur die Heizkörper-Umgebungslufttemperatur (ϑ_L) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstromwert der Volumenstrom (VS) oder das Volumeninkrement (ΔV) insbesondere eines Wärmemengenzählers (WMZ) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstromwert eine aktuelle Wärmeleistung (Q) oder ein aktuelles Wärmeleistungsinkrement (ΔQ) insbesondere eines Wärmemengenzählers (WMZ) ist, welche(s) aus der Vorlauftemperatur (ϑ_VL), der Rücklauftemperatur (ϑ_RL) und dem Volumenstrom (VS) oder dem Volumeninkrement (ΔV) insbesondere des Wärmemengenzählers (WMZ) ermittelt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie (K) empirisch ermittelt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus mehreren Heizflächen-Versorgungszuständen (VZ), insbesondere von zu einem Heizkreis oder Gebäude gehörenden Heizflächen, ein Heizkreis- und/oder ein Gebäudeversorgungszustand (BST) als Regelgröße für eine Versorgungszustandsregelung einer Wärmeleistungsregelung ermittelt, mit einem vorgebbaren Sollwert für den Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand verglichen und daraus ein Sollwert und/oder Korrekturwert (VLT_S) für die Wärmeleistungsregelung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Heizflächen-Versorgungszustand (VZ), dem Heizkreis- und/oder dem Gebäudeversorgungszustand (BST) ein zeitlich gemittelter Versorgungszustand zugeordnet wird, insbesondere mittels zeitlicher Glättung, Anwendung eines zeitdiskreten Filters oder zeitlicher Mittelwertbildung.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkreis- und/oder der Gebäudeversorgungszustand (BST) mit einer Altersgewichtung aus den Heizflächen-Versorgungszuständen (VZ) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert für den Heizkreis- oder Gebäudeversorgungszustand (BST) einem vorgegebenen Nennvolumenstrom einer Heizfläche und/oder einer vorgegebenen Hubstellung eines Heizflächenventils entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Sollwert und/oder Korrekturwert (VLT_S) für die Wärmeleistungsregelung ein oberer und unterer Grenzwert vorgegeben wird, wobei der obere und/oder der untere Grenzwert von der Außentemperatur abhängen können.
Versorgungszustandsregelung zur Regelung des Versorgungszustands (VZ) mindestens einer Heizfläche, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Modul (2, 6) zur Erfassung von mindestens zwei Heizflächen-Temperaturwerten (ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL) und/oder mindestens eines Volumenstromwertes (VS, ΔV) und ein Modul (3) zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands (VZ) aus den Heizflächen-Temperaturwerten (ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL) und/oder dem Volumenstromwert (VS, ΔV) mittels einer oder mehreren Kennlinien (K).
Versorgungszustandsregelung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (2, 6) zur Erfassung der Heizflächen-Temperaturwerte (ϑ_HK, ϑ_VL, ϑ_RL) und/oder des Volumenstromwertes (VS, ΔV) und/oder das Modul (3) zur Ermittlung des Heizflächen-Versorgungszustands (VZ) in eine Einzelraumtemperaturregelung integriert ist.
Versorgungszustandsregelung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungszustandsregelung in eine Wärmeleistungsregelung zur Vorgabe einer Vorlauftemperatur und/oder eines Massenstroms (VLT_S) einer Heizungsanlage integriert ist.