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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem System und einem Verfahren zur Überwachung
und/oder Steuerung und/oder Regelung von Gebäudeinstallationen, welche mindestens
eine Heizungsanlage aufweisen.
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Zu
Gebäudeinstallationen
zählen
Heizungsanlagen, Klimaanlagen, Lüftungsanlagen
und sonstige Einrichtungen in einem Gebäude, die das Raumklima gestalten
und beeinflussen. Dies kann automatisch erfolgen in Abhängigkeit
von den Vorgaben eines Nutzers des Gebäudes. Bei den Gebäuden kann es
sich um privat, gewerblich und öffentlich
genutzte Gebäuden
handeln. Systeme und Verfahren zur Überwachung, Steuerung und/oder
Regelung von Gebäudeinstallationen,
insbesondere haben das Ziel, die Sicherheit, den Komfort, die Flexibilität und die
Wirtschaftlichkeit der Gebäudeinstallationen
und damit des Gebäudes
zu erhöhen
und gleichzeitig Energie einzusparen. Dabei geht es nicht nur um
den Energieverbrauch sondern auch um die Einsparung von CO2 und den sorgsamen Umgang mit Ressourcen,
zu denen neben Erdöl,
Erdgas, Holz, sonstigen Brennstoffen und Strom auch Wasser zählt. Besondere
Bedeutung kommt derartigen Systemen und Verfahren im Zusammenhang
mit gesetzlichen Vorschriften auf nationaler und internationaler
Basis zu. Hierzu zählt
beispielsweise der in Deutschland vorgeschriebene Energiepass für Gebäude.
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Zur Überwachung,
Steuerung und/oder Regelung bekannter Heizungsanlagen in Gebäuden wird üblicherweise über einen
Temperaturfühler
die Außentemperatur
am Gebäude
erfasst und die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage über eine
Heizkurve parametriert. Die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage
wird dabei automatisch erhöht,
wenn die Außentemperatur
absinkt. Der Nutzer der Heizungsanlage kann ferner in die Regelung
eingreifen, indem er eine von der Uhrzeit abhängige Nachtabsenkung der Vorlauftemperatur
der Heizungsanlage als Parameter vorgibt sowie Jahreszeiten und
Zeiten längerer
Abwesenheit zur Absenkung der Vorlauftemperatur nutzt. Der Vorlauf
an einzelnen Heizkörpern
in den Räumen
des Gebäudes
erfolgt üblicherweise über Heizungs-Thermostatventile.
Diese befinden sich unmittelbar an den Heizkörpern und sind mit einem Dehnstoffelement
ausgestattet, das sich entsprechend der Umgebungstemperatur ausdehnt. Eine
Längenänderung
führt zu
einer Änderung
des Durchflussquerschnitts des Ventils, so dass in Abhängigkeit
von der am Thermostatventil herrschenden Temperatur der Durchfluss
am Heizkörper
eingestellt wird. Als nachteilig erweist sich hierbei, dass die unmittelbar
am Heizkörper
erfasste Temperatur von der Temperatur im übrigen Raum stark abweichen kann.
Dies gilt insbesondere bei großen
Räumen
und bei Räumen,
die mit vielen Öffnungen
wie Türen und/oder
Fenstern ausgestattet sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren
zur Überwachung und/oder
Steuerung und/oder Regelung von Gebäudeinstallationen zur Verfügung zu
stellen, bei denen die Temperatur in jedem Raum oder in möglichst vielen
Räumen
des Gebäudes
in einem großen
Abstand zu den Heizkörpern
erfasst und überwacht wird,
ohne dass hierzu bauliche Veränderungen
an einem bereits bestehenden Gebäude
vorgenommen werden müssen,
und bei einem neu zu erstellenden Gebäude keine zusätzlichen
Elemente notwendig sind.
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Die Erfindung und ihre Vorteile
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Diese
Aufgabe wird durch eine System mit den Merkmalen des Anspruchs 1
und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Dabei wird
in jedem Raum des Gebäudes,
welcher mit einem Brandmelder ausgestattet ist, die durch einen Temperatursensor
des Brandmelders erfasste Temperatur berücksichtigt. Hierzu werden die
Temperatursensoren der Brandmelder über Datenübertragungseinrichtungen mit
einer Überwachungseinheit verbunden.
Die Datenübertragung
kann dabei mit oder ohne Kabel erfolgen. Bei den Datenübertragungseinrichtungen
kann es sich beispielsweise um Signalleitungen oder um eine Kombination
aus Sender und Empfänger
zur Übertragung
der Daten per Funk handeln. Temperatursensor, Datenübertragungseinrichtungen
und Überwachungseinheit
sind Teil des Systems. Dabei können
die Datenübertragungseinrichtungen
ganz oder teilweise zu einem Brandmeldesystem gehören. Gehören alle
Datenübertragungseinrichtungen
zu einem Brandmeldesystem, so führen
sie zu einer zentralen Einheit des Brandmeldesystems, an der die
Temperaturen über eine
Schnittstelle ausgelesen und in die Überwachungseinheit des erfindungsgemäßen Systems
eingegeben werden. Die Datenübertragungseinrichtungen
können
außerdem
Teil eines Haustechnikoder Brandmeldetechnik-Bussystems sein, das
mit der Überwachungseinheit
zum Datenaustausch verbunden ist.
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Bei
den Brandmeldern handelt es sich um automatische Brandmelder, die
Brände
oder deren Entstehung früher
erkennen, als dies mit menschlichen Sinnesorganen möglich ist.
Hierzu zählen
insbesondere sogenannte Wärmemelder
oder Hitzemelder, die einen Alarm auslösen, wenn die Raumtemperatur
einen bestimmten maximalen Wert überschreitet
oder innerhalb einer bestimmten Zeit die Raumtemperatur überdurchschnittlich
schnell ansteigt. Derartige Wärme-
oder Hitzemelder werden häufig
mit sogenannten Rauchwarnmeldern oder Brandgasmeldern kombiniert,
die auf eine erhöhte Konzentration
von Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid sowie andere Verbrennungsgase
ansprechen. Die Temperatursensoren der Brandmelder erfassen die
Temperatur kontinuierlich, so dass die in der Umgebung des Brandmelders
herrschende Raumtemperatur zu jedem beliebigen Zeitpunkt zur Verfügung steht.
Die Temperatursensoren können die
Temperatur durch Wärmeleitung,
Konvektion oder Wärmestrahlung
erfassen. Es kann sich dabei beispielsweise um Temperaturfühler oder
Wärmebildkameras
handeln. Brandmelder sind in der Regel in jedem Raum eines Gebäudes, insbesondere
eines öffentlich
oder gewerblich genutzten Gebäudes,
vorhanden und befinden sich in einigem Abstand von einem Heizkörper oder
sonstigen der Beheizung des Raums dienenden Einrichtungen meist
an der Decke. Die erfasste Temperatur wird über Datenübertragungseinrichtungen von
den Brandmeldern an eine Überwachungseinheit übermittelt.
Da jeder Brandmelder in eindeutiger Weise einem Raum oder einer Fläche in dem
Gebäude
zugewiesen ist, kann die durch seinen Temperatursensor ermittelte
Temperatur in eindeutiger Weise dem entsprechenden Raum zugeordnet
werden. Hierzu kann beispielsweise auch ein Fluchtplan herangezogen
werden, der mit den Brandmeldern kombiniert ist. In der Überwachungseinheit
werden die Datenpaare aus Raumtemperatur und zugehörigem Raum
ausgewertet und zur Überwachung,
Steuerung und/oder Regelung der Heizungsanlage oder sonstiger Gebäudeinstallationen
wie beispielsweise einer Klimaanlage eingesetzt. Dabei können bestimmte
Eigenschaften der Räume, beispielsweise
die Art ihrer Nutzung, die Isolierung, die Anzahl der Fenster und/oder
Türen und
die Ausrichtung der Fenster berücksichtigt
werden.
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Vorteilhafterweise
werden die Temperaturen in definierten Zeitabständen durch die Temperatursensoren
gemessen. Sie können
in einer Datenbank der Überwachungseinheit
gespeichert werden. Es besteht die Möglichkeit, über bestimmte Beobachtungszeiträume ein
Mittelwert der Temperatur zu bilden. Bei der Auswertung können Zeiträume, in
denen der betreffende Raum besonders intensiv genutzt wurde, stärker gewichtet
werden als andere Zeiträume.
Bei der Mittelwertbildung kann beispielsweise über einen Tag, eine Woche oder
einen Monat gemittelt werden. Andere Zeiträume sind ebenfalls möglich und
können
durch den Nutzer definiert werden.
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Bei
der Auswertung der Temperaturen der einzelnen Räume eines Gebäudes zur Überwachung und/oder
Steuerung und/oder Regelung der Gebäudeinstallationen können bestimmte
Fragestellungen berücksichtigt
werden, wie beispielsweise: Wie verteilen sich die Temperaturen
im Gebäude?
Wo sind Spitzen, wo sind Tiefen? Muss ein warmer Raum neben einem
kalten Raum liegen? Muss eine kalte Gebäudeebene unter einer warmen
liegen? Wie volatil sind die Raumtemperaturen? Volatilitäten können auf
Durchgangsräume,
geöffnete
Fenster oder schlechte Isolierung hinweisen. Wie sind die Temperaturwerte
an Sonn- und Feiertagen im Vergleich zu Werktagen? Wie schnell kühlen die
Räume ab,
wenn die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage oder eines Heizkörpers im
Raum abgesenkt wird? Wie lange dauert es, bis die Räume sich
wieder aufwärmen? Wie
viel Energie wird in diesem Raum durch die Heizungsanlage oder sonstige
Gebäudeinstallationen verbraucht?
Wie ändern
sich Energiebedarf beziehungsweise Raumtemperatur beziehungsweise
Volatilitäten,
wenn die Außentemperatur
des Gebäudes stark
oder langsam steigt oder fällt?
Wie ändert
sich der Energiebedarf eines Raumes, wenn sich dessen Isolierung
verbessert oder neue Fenster eingebaut werden? Auf welche Gebäudeteile
wirkt die Sonneneinstrahlung besonders stark? Wie hoch ist der Einfluss
abschirmender Maßnahmen
wie Jalousien, Scheibenfolien oder neue Fenster?
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Da
das System und das Verfahren gemäß der Erfindung
auf die ohnehin am Gebäude
vorhandenen Brandmelder und deren Temperaturfühler zurückgreift, sind keine baulichen
Veränderungen
an dem Gebäude
notwendig. Das System und das Verfahren können überall dort eingesetzt werden,
wo sich Brandmelder mit Temperatursensoren befinden. Bei öffentlich
und gewerblich genutzten Gebäuden sind
derartige Brandmelder ohnehin vorgeschrieben. Ferner sind privat
genutzte Gebäude
häufig
mit Brandmeldern ausgestattet.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System neben
den Temperatursensoren der Brandmelder mit weiteren Erfassungseinheiten
ausgestattet, die über
Datenübertragungseinrichtungen
mit der Überwachungseinheit
verbunden sind. Bei den zusätzlichen
Erfassungseinheiten kann es sich beispielsweise um Temperatursensoren
am Vorlauf und am Rücklauf
der Heizungsanlage handeln. Alternativ oder kumulativ kann das System
mit einer Einrichtung zur Bestimmung des Energieverbrauchs an der
Heizungsanlage als Erfassungseinheit ausgestattet sein. Ebenfalls
alternativ oder kumulativ können
Temperaturfühler
an der Außenseite des
Gebäudes
als Erfassungseinheit vorgesehen sein. Dadurch können weitere Variablen in die Überwachung
und/oder Steuerung und/oder Regelung der Gebäudeinstallationen einfließen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
System mit mehreren Feuchtesensoren als Erfassungseinheit ausgestattet.
Diese können
Teil eines oder mehrerer Brandmelder sein oder getrennt von einem
Brandmelder in einem separaten Gehäuse untergebracht sein. Mit
derartigen Feuchtesensoren kann die Feuchtigkeit der Raumluft regelmäßig gemessen
und deren Einfluss auf das Raumklima und den Energieverbrauch zur Gestaltung
des Raumklimas festgestellt werden. Der zeitliche Verlauf der Luftfeuchtigkeit
kann mittels eines Bildschirms visualisiert werden. Für ein gesundes
Raumklima ist eine Feuchtigkeit der Raumluft innerhalb vorgegebener
Grenzwerte von Bedeutung.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
System mit mehreren Bewegungsmeldern ausgestattet. Diese können Teil
eines oder mehrerer Brandmelder sein oder getrennt von einem Brandmelder
in einem separaten Gehäuse
untergebracht sein. Aus den durch einen Bewegungsmelder ermittelten
Daten kann entnommen werden, in welchen Zeiträumen sich eine oder mehrere
Personen in dem betreffenden Raum aufhalten. Dies gibt Aufschluss über die
Nutzungshäufigkeit
der betreffenden Raums. Ein Vergleich mit der Temperatur des Raums
und dem Energieverbrauch gibt Aufschluss über die Relation zwischen der
Nutzungshäufigkeit,
der Temperatur und gegebenenfalls dem Energieverbrauch.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die
Datenübertragungseinrichtungen
Teil eines Haustechnik- oder Brandmeldetechnik-Bussystems sein.
Damit kann auf ein für
die übrige
Haustechnik in dem Gebäude
verwendetes Bussystem zugegriffen werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
System mit einem Bildschirm ausgestattet um die Temperaturen und/oder zeitlichen
Temperaturverläufe
an den Temperaturfühlern
der Brandmelder anzuzeigen. Durch die Visualisierung der Temperaturen
oder zeitlichen Temperaturverläufe
in einzelnen Räumen
eines Gebäudes kann
dem Benutzer ein besonders anschauliches Bild vermittelt werden.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
System mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung ausgestattet,
um die Heizungsanlage in Abhängigkeit
von den erfassten Temperaturen zu steuern und/oder zu regeln. Die
aus der Überwachung
der Temperaturen in den einzelnen Räumen gewonnenen Erkenntnisse
insbesondere in Relation zur Temperatur des Vorlaufs der Heizungsanlage,
der Temperatur an der Außenseite
des Gebäudes
und des Energieverbrauchs der Heizungsanlage, können wertvolle Erkenntnisse
zur Beheizung der Räume
gewonnen werden. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel ermitteln,
ob eine Nachtabsenkung sinnvoll ist, und in welchem Zeitraum diese
erfolgen soll. Dabei muss der Energieverbrauch berücksichtigt
werden. Bauliche Verbesserungsmaßnahmen zur Energieeinspa rung
können
simuliert oder in kleinen Raumeinheiten ausprobiert werden. Der
aus diesen Raumeinheiten im Bezug auf den Energieverbrauch gewonnene
Nutzen kann verwendet werden, um eine entsprechende Anpassung des
gesamten Gebäudes vorzunehmen.
Darüber
hinaus können
die aus der Überwachung
gewonnen Erkenntnisse verwendet werden um die Personen, welche die
betreffenden Räume
nutzen, aufzuklären.
Dabei kann es sich beispielsweise um Hausbewohner oder Angestellte
einer Firma handeln. Durch die Transparenz und die anschauliche
Darstellung der Temperaturen und Temperaturverläufe und des zugehörigen Energieverbrauchs
werden die Personen hinsichtlich der verbrauchten Energie sensibilisiert
und zu verantwortungsvollem Umgang mit Energieträgern angeregt.
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Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden bestimmte Gebäudeparameter
wie beispielsweise Raumtemperatur und/oder Temperatur des Vorlaufs
oder Rücklaufs
der Heizungsanlage und/oder die Temperatur an der Außenseite
des Gebäudes
und/oder des Energieverbrauchs der Heizungsanlage genutzt um eine
Energiekennzahl zu bestimmen. Für
jeden Raum eines Gebäudes
kann eine derartige Energiekennzahl berechnet werden. Es gibt verschiedene Möglichkeiten,
eine Energiekennzahl zu definieren. Eine Möglichkeit besteht darin, die
Energiekennzahl aus dem Jahresenergieverbrauch für die Heizung eines bestimmten
Raumes und der zugehörigen
beheizten Fläche
oder dem zugehörigen
beheizten Raumvolumen zu berechnen. Eine vergleichbare Größe ist der
jährliche
Energieverbrauch pro Quadratmeter oder Kubikmeter. Dabei können zusätzlich die
Warmwasserbereitung und die Anzahl der Personen, die den betreffenden
Raum nutzen, berücksichtigt
werden. Die Energiekennzahl erleichtert den Vergleich einzelner
Räume untereinander
hinsichtlich des Energieverbrauchs.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden Raumattribute wie die Raumgröße, der Raumluftinhalt, die
Raumnutzung, die Raumart, die Sonneneinstrahlung, die Größe eines
oder mehrerer Fenster des Raums, die Isolierung und/oder die Art
und Größe der Heizkörper in
die Überwachungseinheit
eingegeben. Die Raumattribute sind Randgrößen, die ihren Wert bei einem
Gebäude
nicht verändern
und daher unabhängig
von der Raumtemperatur und der Zeit sind. Sie haben jedoch einen
Einfluss auf die in dem Raum herrschende Raumtemperatur. Sie können daher
bei der Berechnung oder Bestimmung der Energiekennzahl berücksichtigt
werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Sensormodul
zeichnet sich dadurch aus, dass es mit mehreren Sensorelementen
ausgestattet ist, die verschiedene Messgrößen ermitteln. Hierzu zählen die
Temperatur, die Feuchtigkeit der Raumluft, die Helligkeit, der Druck und
der Aufenthalt von Personen in dem Raum. Die zugehörigen Sensorelemente
befinden sich in einem Gehäuse,
welches mittels einer Befestigungseinrichtung an der Decke oder
der Wand eines Raumes befestigt werden kann. Die Messwerte werden
per Funk an eine zentrale Überwachungseinheit übermittelt. Auf
diese Weise ist ein kabelloser Datenaustausch möglich. Die Energie erhalten
die Sensorelemente und der Sender zur Übermittlung der Messwerte in bevorzugter
Weise von einer eigenen Energieversorgung wie beispielsweise einer
Batterie. Damit ist das Sensormodul vollkommen unabhängig von
Anschlüssen
und kann an jeder geeigneten Position in einem Raum eines Gebäudes angeordnet
werden. Die durch eines oder mehrere Sensormodule an eine zentrale Überwachungseinheit übermittelten
Messwerte können
verwendet werden, um Gebäudeinstallationen
zu überwachen,
zu steuern und/oder zu regeln.
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Sämtliche
Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.