DE102010031830A1

DE102010031830A1 - Adaptiver Störgrößensensor und adaptives Regelungssystem für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung sowie Verfahren zum Betreiben dieser

Info

Publication number: DE102010031830A1
Application number: DE102010031830A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: FLEISCHMANN HANS GEORG
Current assignee: FLEISCHMANN HANS GEORG
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2012-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen adaptiven Störgrößensensor (71) für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes (72), wobei die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfassend eine erste Schnittstelle (107) und eine mit der ersten Schnittstelle (107) verknüpfte steuerbare Signalerzeugungseinrichtung (104); mindestens eine weitere Schnittstelle zum Empfangen von Informationen über die mindestens eine Störgröße; eine Steuereinrichtung (103) zum Auswerten der empfangenen Informationen und Ableiten eines Sollsignalwerts und Ansteuern der Signalerzeugungseinrichtung (104), so dass diese Signalerzeugungseinrichtung (104) ein Sensorsignal mit dem Sollsignalwert an der ersten Schnittstelle (107) bereitstellt, wobei die mindestens eine weitere Schnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle (105) ist, über die als Informationen Prognosedaten für mindestens eine der Störgrößen empfangbar sind. Die Erfindung betrifft ferner ein adaptives Regelungssystem sowie ein Verfahren eines adaptiven Störgrößensensors und ein Verfahren zum Betreiben einer adaptiven Haustechnikregelung.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Verfahren und Vorrichtungen für witterungsgeführte Haustechnikregelungen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen adaptiven Störgrößensensor für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung, beispielsweise eine witterungsgeführte Heizungsregelung, ein adaptives Regelsystem für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung, ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Störgrößensensors sowie ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Regelungssystems für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes.
Ungefähr dreiviertel der Energie (ohne Kraftstoffe), die in Deutschland von privaten Haushalten verbraucht wird, wird für die Raumwärme verbraucht. Die Hauptenergiequellen sind Erdgas mit einem Anteil von 45% und Erdöl mit einem Anteil von 30%. Die restlichen Energiequellen sind Strom, Fernwärme, Kohle und erneuerbare Energiequellen. Insgesamt werden in Deutschland jährlich etwa 480 Milliarden kWh Energie für die Heizung von privaten Räumen verbraucht. Hinzu kommt noch ein Energieverbrauch für öffentlich und gewerblich genutzte Gebäude.
Die Deckung dieses Heizenergiebedarfs hat, wie sich aus den Hauptenergiequellen ergibt, einen großen Einfluss auf die CO₂-Bilanz. Global betrachtet gibt es nach wie vor sowohl einen langfristigen Trend eines Bevölkerungswachstums als auch eines steigenden Komfortbedarfs der Weltbevölkerung. Diese beiden Faktoren beeinflussen die CO₂-Bilanz negativ. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die derzeit hauptsächlich genutzten Energiequellen nicht unbegrenzt vorhanden sind, so dass mit permanent steigenden Energiekosten zu rechnen ist.
Um die genannten Probleme zu reduzieren, wird es angestrebt, den Bedarf und Verbrauch an Heizenergie bei möglichst gleich bleibendem Raum- und Temperaturkomfort zu optimieren. Eine Möglichkeit zur Optimierung und Reduzierung des Energieverbrauchs besteht darin, die verwendeten Haustechnikanlagen, insbesondere Heizungsanlagen, hinsichtlich ihrer Regelung zu optimieren. Es wird abgeschätzt, dass allein durch eine Optimierung der Regelung eine Reduzierung der Heizenergie um etwa 5% erreicht werden kann. Ein Nebeneffekt einer solchen Reduzierung des Primärenergieverbrauchs besteht darin, dass die privaten Haushalte hierdurch finanziell entlastet werden.
Eine Klasse von Haustechnikanlagen, welche zur Raumerwärmung genutzt werden, sind Heizungsanlagen. Klassische Heizungsanlagen bestehen im Allgemeinen aus einem Heizgerät, einem wärmeübertragenden Heizmedium, Heizkörpern, die auch als Heizelemente bezeichnet werden, und einer Heizungsregelung, welche in der Regel elektronisch ausgeführt ist. Technisch betrachtet stellen solche Heizungsanlagen eine Regelkreisstruktur dar. Hierbei ist eine aktuelle Raumtemperatur eine Regelgröße, welche beeinflusst werden soll. Eine Differenz zwischen dem Wert der Regelgröße und ihrem Sollwert, also eine Differenz zwischen der aktuell gemessenen Raumtemperatur und einer gewünschten Raumtemperatur, ergibt die Regeldifferenz. Aus der Regeldifferenz ermittelt ein Heizungsregler eine Stellgröße, mit welcher die Raumtemperatur beeinflusst wird. Diese Stellgröße entspricht einer Vorlauftemperatur, auf welche das Heizgerät das wärmeübertragende Heizmedium erwärmt, welches dann die Heizkörper durchströmt.
Ein Nachteil dieser klassischen Heizungsanlagen besteht darin, dass Störgrößen, welche direkt oder indirekt die Regelgröße beeinflussen, nicht berücksichtigt werden. Störgrößen einer Heizungsregelung sind beispielsweise Wärmeverluste über Wände, Türen und Fenster. Diese Wärmeverluste entstehen durch eine Wärmeübertragung durch die Wände, Türen und/oder Fenster. Die Wärmeübertragung selbst ist zum einen von Wärmeübertragungskoeffizienten der einzelnen Materialen bzw. Bauteile eines Gebäudes abhängig, zusätzlich jedoch auch von äußeren Störgrößen, welche insbesondere wetter- bzw. klimaabhängig sind.
Verbesserte Haustechnikregelungen nutzen einen so genannten Störgrößenaufschlag, um Einflüsse einer Störgröße bei der Regelung zu berücksichtigen. So genannte witterungsgeführte Heizungsregelungen nutzen beispielsweise häufig einen Außentemperaturfühler, um hierüber eine Regelgröße, welches die Vorlauftemperatur ist, so zu regeln, dass eine möglichst energieeffiziente Heizungssteuerung erreicht wird, die eine angestrebte Raumtemperatur zur Verfügung stellt. Die Vorlauftemperatur wird hierbei in Abhängigkeit von der Außentemperatur geregelt. Dies geschieht über eine so genannte Heizkurve, die zu jedem Außentemperaturwert einen Vorlauftemperatursollwert angibt. Eine Steilheit einer solchen Heizkurve, auch Neigung genannt, gibt das Verhältnis zwischen Vorlauftemperaturänderung zur Außentemperaturänderung an. Je höher die Anstiege der Heizkurve und damit der Vorlauftemperatur sind, desto höher ist ein Energieverbrauch beim Heizen. Um möglichst energieeffizient zu heizen, ist es daher vorteilhaft, die Heizkurve so flach wie möglich auszugestalten. Zum anderen sollen Regelschwankungen, die durch große Temperaturschwankungen der Außentemperatur hervorgerufen werden, so gering wie möglich gehalten werden. Vor allem bei gut wärmegedämmten Gebäuden und Gebäuden mit einer hohen Wärmespeicherkapazität muss die Vorlauftemperatur nicht sofort erhöht werden, wenn die Außentemperatur sinkt. Bei Änderungen der Außentemperatur, welche jedoch nicht nur eine tageszeitliche Schwankung darstellen, kann es jedoch erforderlich sein, die Vorlauftemperatur sehr wohl zu verändern, um den Energieeintrag in die Räume an die auftretenden Wärmeverluste anzupassen, so dass eine nahezu konstante Raumtemperatur gewährleistet werden kann. Insbesondere bei Änderungen der Witterungsbedingungen, beispielsweise bei einem vorübergehenden Wintereinbruch im Herbst, wird die Vorlauftemperatur durch die Heizungsregelung zunächst nicht so stark abgesenkt, dass die erhöhten Wärmeverluste sofort adäquat ausgeglichen werden. Bewohner des Gebäudes reagieren hierauf häufig dadurch, dass sie manuell in die Heizungsregelung eingreifen und eine Vorlauftemperatur durch eine Änderung von Regelparametern manuell erhöhen. Am Ende des Wintereinbruchs, wenn eine Außentemperatur stark ansteigt, wird im Gegenzug die Vorlauftemperatur häufig nicht schnell genug oder rechtzeitig genug abgesenkt, so dass aufgrund der latenten Wärme, welche im Gebäude gespeichert ist, eine Überhöhung der Raumtemperatur auftritt. Diese erhöhte Wärme wird häufig durch Lüftungsverluste abgebaut, so dass im Prinzip die Atmosphäre unnötig ”geheizt” wird.
Ähnliche oder gleiche Probleme treten bei anderen Haustechnikregelungen auf, beispielsweise einer Gebäudeklimatisierung, einer Belüftung von Gebäuden usw. Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, Haustechnikregelsysteme so zu verbessern, dass diese bei gleichem Komfort zu einer Verringerung eines Primärenergieverbrauchs führen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen adaptiven Störgrößensensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein adaptives Regelungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Regelungssystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Störgrößensensors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, eine Haustechnikregelung, welche bereits eine Störgröße berücksichtigt, dahingehend zu verbessern, dass die der Haustechnikregelung zur Verfügung gestellte Störgröße bzw. ein Sensorsignal, welches diese Störgröße repräsentiert, so modifiziert wird, dass dieses eine Prognose für die mindestens eine Störgröße darstellt, die die Haustechnikregelung beeinflusst. Die prognostizierte Störgröße wird vorzugsweise so ermittelt, dass diese über eine Berücksichtigung einer Prädiktion für die Zukunft Regelschwankungen reduzieren kann und hierdurch eine optimaler an die tatsächliche Störung angepasste Regelung ermöglicht. Insbesondere wird ein adaptiver Störgrößensensor für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes vorgeschlagen, wobei die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfassend eine erste Schnittstelle und eine mit der ersten Schnittstelle verknüpfte steuerbare Signalerzeugungseinrichtung, mindestens eine weitere Schnittstelle zum Empfangen einer Information über die mindestens eine Störgröße, eine Steuereinrichtung zum Auswerten der empfangenen Informationen und Ableiten eines Sollsignalwerts und Ansteuern der Signalerzeugungseinrichtung, so dass diese Signalerzeugungseinrichtung ein Sensorsignal mit dem Sollsignalwert an der ersten Schnittstelle bereitstellt, wobei die mindestens eine weitere Schnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle ist, über die als Informationen Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße empfangbar sind. Entscheidend ist hierbei, dass die Störgröße nicht die Regelgröße der Haustechnikregelung ist. Ist die Haustechnikregelung beispielsweise eine Heizungsregelung, welche eine Vorlauftemperatur regelt, so kann die Störgröße die Außentemperatur des Gebäudes sein. Ein erfindungsgemäßes adaptives Regelungssystem für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes, bei der die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfasst: eine Zentraleinheit, welche: mindestens eine Zentralkommunikationsschnittstelle, die mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, und eine Prognoseeinheit zum Empfangen und/oder Erfassen von Werten der mindestens einen Störgröße und gegebenenfalls weiterer Störgrößen und zum Erzeugen von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße umfasst und mindestens einen adaptiven Störgrößensensor, wie er oben beschrieben ist, der mit seiner weiteren Schnittstelle mit dem Kommunikationsnetz verbunden ist, wobei die Haustechnikregelung mit der ersten Schnittstelle des adaptiven Störgrößensensors verbunden ist, um das aus den Prognosedaten abgeleitete Sensorsignal mit dem Sollsignalwert als die mindestens eine Störgröße zu berücksichtigen.
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass eine bereits bestehende Haustechnikregelung auf einfache Weise so modifiziert werden kann, dass sie Prädiktionsdaten für die mindestens eine Störgröße berücksichtigen kann. Darüber hinaus ist es möglich, neben der mindestens einen Störgröße weitere Störgrößen auszuwerten, die direkt oder indirekt die Haustechnikregelung beeinflussen. Als Störgrößen werden hier alle messbaren oder quantifizierbaren Größen angesehen, die direkt oder indirekt auf die durch die Haustechnik geregelte Größe oder durch die Regelung beeinflusste Größe zurückwirken. Betrachtet man beispielsweise eine Heizungsregelung als Haustechnikregelung und ist die Regelgröße die Vorlauftemperatur, so wird hierüber die Größe Raumtemperatur in dem Gebäude beeinflusst. Als Störgrößen für diese Heizungsregelung kommen in Betracht: beispielsweise alle Klima- und Wetterparameter, insbesondere die Außentemperatur, jedoch ebenfalls eine Windrichtung, eine Windgeschwindigkeit bzw. Windstärke, eine Luftfeuchtigkeit, eine Niederschlagsmenge sowie Niederschlagsart, eine Bodentemperatur, eine Schneehöhe, eine Sonnenstrahlungsintensität, eine Sonnenstrahlungsdauer, eine Sonnenstrahlungsrichtung, aber auch ein Luftdruck, eine Wolkenbedeckung, eine Wolkenhöhe usw., die teilweise keinen direkten Einfluss auf einen Wärmeverlust eines Gebäudes haben. Ein Luftdruck ist jedoch beispielsweise von besonderer Bedeutung, um Witterungsveränderungen prognostizieren zu können. Insbesondere durch Luftdruckunterschiede werden weiträumige Luftmassenströmungen ausgelöst, die wesentlich für die Wetterentwicklung sind.
Ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Regelungssystsems für witterungsgeführte Haustechnikregelungen von Gebäuden, bei denen die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfasst die Schritte: Erfassen von Werten der mindestens einen Störgröße und gegebenenfalls weiterer Störgrößen, Ermitteln von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße, Übermitteln der Prognosedaten an einen adaptiven Störgrößensensor, Ableiten eines Sollsignalwerts für ein Sensorsignal, das von der Haustechnikregelung eingelesen wird, um die Haustechnikregel auszuführen. Die Haustechnikregelung führt anschließend eine Regelung abhängig von dem empfangenen Signalwert der mindestens einen Störgröße ab. Angemerkt wird an dieser Stelle, dass die Prognosedaten und der hieraus abgeleitete Signalsollwert für die mindestens eine Störgröße nicht dem tatsächlichen zu erwartenden oder aktuellen Wert der Störgröße entsprechen muss. Vielmehr ist es gerade Ziel der Erfindung, den Wert der Störgröße so abzuwandeln, dass über die eine Störgröße und/oder gegebenenfalls weitere Störgrößen bedingte Einflüsse auf die Haustechnikregelung dadurch berücksichtigt werden, dass der Signalwert, der die mindestens eine Störgröße repräsentiert, gegenüber dem tatsächlichen Wert abgewandelt wird, um hierüber die Regelung zu verbessern. Bei einem absehbaren Einbruch der Temperatur ist es daher beispielsweise vorteilhaft, die der Haustechnikregelung angegebene Außentemperatur am Beginn des Temperatureinbruchs niedriger anzugeben, als diese tatsächlich ist, um zu Beginn eine ausreichende Wärmemenge bereitzustellen, um die Raumtemperatur konstant zu halten. Am Ende des Temperatureinbruchs, wenn ein Steigen der Außentemperatur prognostiziert ist, kann die Außentemperatur bereits vor dem tatsächlichen Temperaturanstieg gegenüber der Haustechnikregelung höher angegeben werden als die tatsächliche Temperatur, da beispielsweise ein Teil der in dem Gebäude gespeicherten Wärmeenergie genutzt werden kann, um die Raumtemperatur aufrechtzuerhalten und so ein Überheizen beim oder kurz nach dem Temperaturanstieg vermieden werden kann.
Im Zusammenhang der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen bedeutet die Formulierung ”Prognosedaten für mindestens eine Störgröße”, dass die Prognosedaten auf prognostizierten real zu erwartenden Werten der mindestens einen Störgröße basieren und somit eine Zukunftsaussage für diese mindestens eine Störgröße umfassen. In einer Ausführungsform können die Prognosedaten auch reale zu erwartende Werte der mindestens einen Störgröße angeben. Eine Ermittlung adaptierter Störgrößenwerte erfolgt dann in dem adaptiven Störgrößensensor bei der Ableitung des Sollwerts für das der Haustechnikregelung bereitgestellte Sensorsignal. Bei anderen Ausführungsformen enthalten die Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße jedoch keine prognostizierten zu erwartenden Werte für die mindestens eine Störgröße, sondern bereits adaptierte Störgrößenwerte für die Zukunft, zu deren Ermittlung prognostizierte, tatsächlich zu erwartende Störgrößenwerte herangezogen worden sind. Somit umfassen die Prognosedaten informationstheoretisch eine Prognose für die mindestens eine Störgröße, auch wenn die Prognosedaten adaptierte Störgrößenwerte für die Zukunft sind, aus denen sich real zu erwartende Werte der mindestens einen Störgröße nicht ableiten lassen.
Ein Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Störgrößensensors für witterungsgeführte Haustechnikregelungen von Gebäuden, bei denen die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfasst die Schritte: Abrufen von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße, die unter Verwendung eines Prognosemodells mittels einer Prognoseeinheit von einer Zentraleinheit ermittelt sind, von der Zentraleinheit; Ableiten eines Sollsignalwerts für ein Sensorsignal, das von der Haustechnikregelung eingelesen wird, um die Haustechnikregelung auszuführen; und Bereitstellen des Sensorsignals mit dem abgeleiteten Sollsignalwert an einer ersten Schnittstelle, mit der die Haustechnikregelung verbunden ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem adaptiven Störgrößensensor um einen adaptiven Außentemperatursensor. Somit ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die mindestens eine Störgröße eine Außentemperatur des Gebäudes ist, wobei die Prognosedaten modifizierte Außentemperaturwerte für eine Zeitspanne umfassen, die einen in der Zukunft liegenden Zeitraum umfasst. Vorteilhafterweise sind die Prognosedaten so ausgebildet, dass diese bereits eine angepasste Außentemperaturkennlinie für die Heizungsregelung repräsentieren. Hierbei werden für eine zukünftige Zeitspanne die Außentemperaturwerte vorgegeben, die eine möglichst energiesparende Regelung der Haustechnikregelung ermöglichen. Bei einigen Ausführungsformen geben die Prognosedaten selbst den Signalwert vor, der als Sollsignalwert der Haustechnikregelung zur Verfügung zu stellen ist. Bei anderen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass in dem adaptiven Störgrößensensor die Prognosedaten weiter verarbeitet werden und noch modifiziert oder angepasst werden.
Um kontinuierlich optimal angepasste Werte für die Störgröße bereitstellen zu können, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung des adaptiven Störgrößensensors ausgebildet ist, die Prognosedaten von einer Zentraleinheit abzurufen, die informationstechnisch mit der weiteren Schnittstelle koppelbar ist oder gekoppelt ist. Die weitere Schnittstelle des adaptiven Störgrößensensors kann eine drahtgebundene oder auch eine Funkschnittstelle sein. Als Kommunikationsnetz, über welches die Prognosedaten ausgetauscht bzw. von der Zentraleinheit abgerufen und/oder übermittelt werden, eignet sich jedes beliebige Kommunikationsnetz. Besonders bevorzugt kann es sich um ein Telefonnetz oder das Internet handeln. Hierbei kann jedes beliebige Protokoll für das Abrufen und/oder Übertragen verwendet werden. Alternativ ist es möglich, auch ein Hybridnetz zu nutzen, bei dem ein Datenaustausch in unterschiedlichen Richtungen über unterschiedliche Kanäle erfolgt. Beispielsweise kann eine Anforderung der Diagnosedaten über eine Telefonleitung erfolgen und ein Empfang der Prognosedaten über einen Satellitenempfänger erfolgen, über den unterschiedliche Informationen ausgestrahlt werden und die Steuereinrichtung die passenden Informationen, welches die Prognosedaten für den adaptiven Störgrößensensor sind, aus diesen herausfiltern.
Besonders bevorzugt ist die mindestens eine weitere Schnittstelle, welche als Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, somit als so genannte LAN-Schnittstelle für ein Local Area Network oder WLAN-Schnittstelle für ein drahtloses Local Area Network (Wireless Local Area Network) ausgebildet. Ebenso kann es sich jedoch auch um eine analoge oder digitale Telefonschnittstelle handeln. Eine Übermittlung kann so auch per SMS stattfinden.
Insbesondere, wenn für mehrere Gebäude gemeinsam dieselben Prognosedaten zur Verfügung gestellt werden sollen, kann es notwendig sein, eine Modifikation bei der Ableitung der der Haustechnikregelung zur Verfügung gestellten mindestens einen Störgröße in dem adaptiven Störgrößensensor zu bewirken. Hierfür kann es vorteilhaft sein, wenn der adaptive Störgrößensensor eine zusätzliche Schnittstelle oder einen Sensor umfasst, über die mindestens ein aktueller Wert für die mindestens eine Störgröße und/oder weitere Störgrößen erfassbar ist. Beispielsweise kann ein adaptiver Störgrößensensor, welcher als adaptiver Außentemperatursensor ausgebildet ist, selbst einen Temperatursensor oder eine Schnittstelle für einen solchen Temperatursensor umfassen und somit aktuelle Außentemperaturwerte erfassen. Diese Werte können z. B. zur Plausibilisierung der übermittelten Außentemperaturwerte, welche durch die Prognosedaten repräsentiert sind oder zum Modifizieren dieser verwendet werden. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die so erfassten Werte für die eine Störgröße zu nutzen, um die Prognosedaten selbst abzuleiten. Diese können daher bei einer Ausführungsform an die Zentraleinheit übermittelt werden, die diese zum Ermitteln der Prognosedaten mit einbezieht. Hierdurch kann ein räumlich engmaschiges Netz von Erfassungsstellen für die mindestens eine Störgröße aufgebaut und genutzt werden.
Um einen Rechenaufwand und eine Leistungsfähigkeit der Steuereinrichtung des adaptiven Störgrößensensors gering halten zu können, ist es vorteilhaft, wenn möglichst viel der Prognose- und Rechentätigkeit auf die Zentraleinheit verlagert wird. Um dennoch eine gute, möglichst optimale Anpassung der mindestens eine Störgröße zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, in dem adaptiven Störgrößensensor einen Speicher vorzusehen und mit der Steuereinrichtung zu verbinden, in dem Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter ablegbar sind. Die Gebäudeparameter können beispielsweise Dämmwerte einer Dämmung, Flächenangaben über Fenster, Sonnenenergieeintragswerte, Ausrichtungen der Hauswände und/oder Fenster, eine Gebäudeform, eine Dachform, Angaben über schattenspendende Objekte in der Umgebung, eine geografische Lage, eine geografische Höhe usw. umfassen. Die Haustechnikregelungsparameter umfassen beispielsweise Angaben über die Haustechnikanlage, beispielsweise über einen Typ und eine Auslegung einer Heizungsanlage, Angaben über eine in der Heizungsregelung verwendete interne Heizkurve, Angaben über den Typ des Außentemperatursensors, den die Haustechnikregelung erwartet usw.
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der adaptive Störgrößensensor eine Bedienschnittstelle zum Eingeben und Erfassen der Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter umfasst. Eine solche Bedienschnittstelle kann auch ausgeführt sein, um die Kommunikationsschnittstelle oder weitere Parameter des Störgrößensensors einzustellen und zu parametrisieren. Die Bedienschnittstelle kann beispielsweise in Software ausgeführt sein, so dass auf diese über die Kommunikationsschnittstelle zugegriffen werden kann. Beispielsweise kann die Bedienschnittstelle als normale Webserveranwendung ausgebildet sein, in die man sich mit einem beliebigen Browserprogramm einloggen kann. Vorzugsweise wird ein solcher Zugang über ein Kennwort und ein Passwort oder andere Authentifizierungsverfahren, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, abgesichert. Bei anderen Ausführungsformen kann die Bedienschnittstelle jedoch auch alternativ oder zusätzlich in Hardware ausgeführt sein, so dass die einzelnen Parameterwerte über in den Störgrößensensor integrierte Bedienelemente eingegeben werden können.
Da die Berechnung der Prognosedaten vorzugsweise in der Zentraleinheit stattfindet, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, vor oder bei dem Abrufen der Prognosedaten an die Zentraleinheit einen oder mehrere Gebäudeparameter und/oder einen oder mehrere Haustechnikregelungsparameter und/oder einen oder mehrere gemessene Störgrößenwerte, die über die zusätzliche Schnittstelle oder den Sensor erfasst sind, an die Zentraleinheit zu übermitteln, so dass diese in die Ermittlung der Prognosedaten mit einbezogen werden können.
Der adaptive Störgrößensensor ist vorzugsweise so konfigurierbar, dass unterschiedliche Störgrößensensortypen, welche unterschiedliche Sensorsignale bereitstellen, emulierbar sind. Hierdurch wird es möglich, einen adaptiven Störgrößensensor, beispielsweise einen adaptiven Außentemperatursensor, mit unterschiedlichen Haustechnikregelungen, insbesondere unterschiedlichen Heizungsregelungen, verwenden zu können.
Besonders bevorzugt ist die Prognoseeinheit ausgebildet, anhand der erfassten Störgrößenwerte der mindestens einen Störgröße und gegebenenfalls der weiteren Störgrößenwerte der weiteren Störgrößen unter Verwendung mindestens eines Prognosemodells die Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße zu ermitteln. Dies bedeutet, dass vorzugsweise ein Prognosemodell verwendet wird, um für die mindestens eine Störgröße, die von der Haustechnikregelung eingelesen wird, optimale Prognosewerte zu ermitteln.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Prognosemodell ein Klima- und/oder Wettervorhersagemodell. In dieses Klima- oder Wettervorhersagemodell können eine Vielzahl weiterer Störgrößen sowie die mindestens eine Störgröße eingegeben werden, um für die mindestens eine Störgröße Prognosedaten zu ermitteln. Die ermittelten Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße werden hierbei so angepasst, dass diese für die entsprechende Regelung optimiert sind.
Dies ist bei einer Ausführungsform besonders gut möglich, bei der das Prognosemodell zusätzlich ein Gebäudemodell umfasst. Ein solches Gebäudemodell modelliert das Gebäude sowie vorzugsweise die Haustechnikregelung, die über die mindestens eine Störgröße bzw. die Prognosedaten der mindestens einen Störgröße beeinflusst werden soll.
Besonders zuverlässige Prognosedaten lassen sich ermitteln, wenn das Prognosemodell so ausgebildet ist, dass es Werte der mindestens einen Störgröße und/oder der weiteren Störgrößen für vergangene Zeitpunkte berücksichtigt.
Bei einer Ausführungsform ermittelt das Prognosemodell zunächst für einzelne Störgrößen zukünftige zu erwartende tatsächliche Störgrößenwerte. Beispielsweise ist es sinnvoll, die Außentemperatur, eine Windrichtung und Windgeschwindigkeit, eine Sonneneinstrahlungsdauer, eine Luftfeuchtigkeit usw. zunächst einzeln möglichst genau zu prognostizieren. Anschließend kann dann anhand dieser prognostizierten einzelnen Störgrößenwerte für die mindestens eine Störgröße ein adaptierter Wert ermittelt werden, der die Einflüsse aller verschiedenen Störgrößen berücksichtigt und die einzelnen Einflüsse der unterschiedlichen Störgrößen für die Haustechnikregelung möglichst optimal beeinflusst. Ist beispielsweise eine Windgeschwindigkeit groß, so ist bei einer Haustechnikregelung, welches eine Heizungsregelung ist, ein Wärmeverlust größer als bei einer geringen Windgeschwindigkeit. Folglich ist eine Anpassung an mindestens eine Störgröße, die beispielsweise die Außentemperatur ist, entsprechend vorteilhaft. Analog können andere Parameter wie eine Luftfeuchtigkeit oder eine Sonneneinstrahlungsdauer ebenso berücksichtigt werden. Wird zusätzlich ein Gebäudemodell berücksichtigt, so kann die Ermittlung der Prognosewerte für die mindestens eine adaptierte Störgröße weiter verfeinert und verbessert werden. Beispielsweise können Sonnenerträge mit berücksichtigt werden und tageszeitliche Schwankungen des Energiebedarfs hierdurch adäquat berücksichtigt werden. Insbesondere bei modernen Haustechnikanlagen, bei denen beispielsweise Fußbodenheizungen verwendet werden, kann über ein Gebäudemodell auch eine Trägheit der Haustechnikanlage berücksichtigt werden.
Um die Menge der ausgetauschten Daten möglichst gering zu halten, ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die übermittelten Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter nach einer ersten Übermittlung an die Prognoseeinheit in einem Speicher verknüpft mit einer Kennung abgelegt werden und bei nachfolgenden Anforderungen von Prognosedaten nur noch die Kennung übertragen wird, um die zugehörigen Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter in dem Speicher zu identifizieren.
Eine Erfassung der Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter kann alternativ zu einer Erfassung über den adaptiven Störgrößensensor auch direkt über die Zentraleinheit erfolgen. Diese kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass diese eine Internetanwendung bereitstellt, über die Nutzer mittels eines Internetbrowsers die notwendigen Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter in von der Zentraleinheit bereitgestellte Masken eingibt. Die einzelnen adaptiven Störgrößensensoren können somit ohne diese Funktionalität ausgebildet werden, ohne dass eine Einbuße hinsichtlich der Prognose und/oder eines Erfassungskomforts auftritt. Darüber hinaus ist es möglich, die Prognosemodelle während der Betriebsdauer des Regelungssystems zu verfeinern und zu verbessern und zentral zu warten.
Die einzelnen Störgrößenwerte der mindestens einen Störgröße und der weiteren Störgrößen können aus Datenbanken und/oder von Messstationen abgerufen und eingelesen werden. Ebenso kann die Prognoseeinheit Störgrößenwerte nutzen und verwenden, die von adaptiven Störgrößensensoren an diese übermittelt werden. Übermittelt der adaptive Störgrößensensor tatsächlich gemessene Werte für die mindestens eine Störgröße oder für weitere Störgrößen, so kann die Prognoseeinheit die gemachte Prognose, welche in der Vergangenheit erstellt wurde, hinsichtlich ihrer Güte, zumindest was den tatsächlichen Wert für die mindestens eine Störgröße anlangt, überprüfen. Es wird an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße in der Regel nicht Prognosedaten für den tatsächlichen Wert der Störgröße angeben, sondern einen modifizierten Wert für die Störgröße angeben, der eine verbesserte Heizungsregelung unter Berücksichtigung einer Wetter- und/oder Klimaprognose angibt.
Ein verfeinertes Prognosemodell kann so ausgebildet sein, dass eine durch die Haustechnikregelung beeinflusste Größe, beispielsweise eine Raumtemperatur, mit Hilfe des Klima- und/oder Wettermodells und des Gebäudemodells modelliert wird und so der Einfluss der verschiedenen Störgrößen die Ermittlung der Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße nahezu optimal ermittelt werden können.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer klassischen Heizungsregelung, bei der die Raumtemperatur als Regelgröße verwendet wird;
2 eine Heizungsregelung, bei der die Vorlauftemperatur die Regelgröße ist und als mindestens eine Störgröße eine Außentemperatur berücksichtigt wird;
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Haustechnikregelung mit einem adaptiven Störgrößensensor;
4 ein schematisches Blockschaltbild eines adaptiven Regelungssystems für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung;
5 eine schematische Darstellung eines adaptiven Störgrößensensors und
6 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines adaptiven Störgrößensensors.
In 1 ist schematisch eine klassische Heizungsregelung dargestellt, bei der eine Raumtemperatur als Regelgröße 1 verwendet wird. Die Raumtemperatur 1 wird mit einem Sollwert der Raumtemperatur 2 verglichen, um hieraus eine Differenz 3 zu bilden. Diese Regeldifferenz 3 dient einem Heizungsregler 4, um ein Heizmedium auf eine Vorlauftemperatur, welche eine Stellgröße ist, zu erhitzen und Heizelementen 6 zuzuführen, welche eine Regelstrecke bilden. Eine oder mehrere Störgrößen 7 wirkt über ein Verzögerungselement 8 auf die Regelgröße, die Raumtemperatur 1, zurück. Ein verbesserter Heizungsregler kann ein Störgrößenkompensationselement 9, beispielsweise in Form eines Außentemperatursensors, aufweisen, dessen Signal 10 den Heizregler hinsichtlich seines Regelverhaltens beeinflusst.
In 2 ist eine witterungsgeführte Heizungsregelung gemäß einem weiteren Regelungsschema schematisch dargestellt. Über einen Außentemperatursensor 21 wird als Störgröße eine Außentemperatur erfasst und als Sensorsignal 22 einer Heizungsregelung 23 zugeführt. Die Heizungsregelung 23 umfasst ein Sollwertvorgabemodul, welches anhand einer so genannten Heizungskennlinie zu der durch das Sensorsignal repräsentierten Außentemperatur einen Sollwert 25 für eine Vorlauftemperatur angibt. Die Heizungsregelung 23 umfasst zusätzlich eine Heizkreisregelung 26. Als Regeldifferenz 27 dient die Differenz aus dem Vorlauftemperatursollwert 25 und einem Vorlauftemperaturistwert 28. Die Regelstrecke für die Heizkreisregelung 26 umfasst einen Heizkessel 30, der ein Heizmedium auf die Vorlauftemperatur in einem Heizkreisvorlauf 31 erhitzt. An diesem wird der Vorlauftemperaturistwert 28 mittels eines Vorlauftemperaturmessfühlers 32 gemessen.
Über den Heizkreisvorlauf 31 wird das Heizmedium unterschiedlichen Räumen 33-1, 33-2, 33-n zugeführt. Diese umfassen dieselben Komponenten, so dass im Folgenden lediglich der erste Raum 33-1 genauer beschrieben ist. In den übrigen Räumen sind die Komponenten aus Gründen der Vereinfachung nicht im Detail dargestellt. Ein so genanntes Raumthermostat 41 umfasst einen Sollwertgeber 42, über den ein Nutzer einen Raumtemperatursollwert 43 einstellen kann. Das Raumthermostat 41 umfasst ferner einen Temperaturfühler 44, der einen Raumtemperaturistwert erfasst. Aus dem Raumtemperatursollwert 43 und dem Raumtemperaturistwert 45 wird die Raumtemperaturdifferenz 46 gebildet, die einem Zimmertemperaturregler 47 zugeführt wird. Dieser erzeugt ein Ventilstellsignal 48 als Stellgröße. Die Zimmerregelstrecke 49 umfasst ein Ventil 50, welches eine Durchflussmenge des Heizmediums durch eine Heizelement 51, beispielsweise einen Heizkörper oder im Fußboden verlegte Heizschlangen, steuert. Die Durchflussmenge wird von dem Ventil 50 in Abhängigkeit von dem Ventilstellsignal 48 eingestellt. Auf die Zimmerregelstrecke 49 wirken auch verschiedene Störgrößen SG-1 bis SG-k ein, wobei k eine natürliche Zahl ist. Dieses sind Störgrößen SG-1 bis SG-k, die einen Wärmeverlust in dem entsprechenden Raum 33-1 beeinflussen und/oder bewirken. Die Regelstrecke liefert somit den Raumtemperaturistwert 45 für die Regelung der Raumtemperatur zurück. Das abgekühlte Heizmedium wird über den Heizkreisrücklauf 34 zum Heizkessel 30 zurückgeführt. Insbesondere bei sehr gut gedämmten Gebäuden, die für sehr niedrige maximale Vorlauftemperaturen ausgelegt sind, können die Zimmertemperaturregelungen unterbleiben. Die Raumtemperatur in den einzelnen Räumen kann dennoch leicht unterschiedlich gewählt werden, indem über die Ventile 50, die den einzelnen Räumen bzw. deren Heizelementen 51 zugeführte Mengen unterschiedliche eingestellt werden.
Wie sich aus 1 und 2 ergibt, kann bei unterschiedlichen Haustechnikausgestaltungen zur Raumtemperaturbeeinflussung mindestens eine Störgröße, welches eine gebäudeexterne Störgröße ist, beispielsweise die Außentemperatur, in vorteilhafter Weise berücksichtigt werden, um eine energieeffizientere Raumheizung zu gewährleisten. Analog lässt sich das Beschriebene auch auf Lüftungen oder Klimatisierungsanlagen übertragen, wobei die relevanten Störgrößen und die Regelgrößen sich selbstverständlich von denen für eine Heizungsregelung unterscheiden.
Eine weitere Effizienzsteigerung lässt sich erreichen, wenn als Störgröße nicht mehr die aktuell gemessene Störgröße, sondern eine angepasste, adaptierte Störgröße zur Verfügung gestellt ist, die Änderungen der Störgröße SG-1 bis SG-k in der Zukunft aufgrund von Prognosen für diese Störgrößen SG-1 bis SG-k berücksichtigen. Die mindestens eine Störgröße, beispielsweise die Außentemperatur, wird so modifiziert, dass über die modifizierte Außentemperatur alle Einflüsse der verschiedenen Störgrößen SG-1 bis SG-k auf die Regelung in der mindestens einen Störgröße ”zusammengefasst” werden.
In 3 ist schematisch ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben einer adaptiven Haustechnikregelung erneut am Beispiel einer Heizungsregelung gezeigt.
Ein entsprechendes System ist schematisch in 4 dargestellt. Von einer Zentraleinheit 61 werden aktuelle lokale Klimaparameter ermittelt. Dies bedeutet, dass Störgrößenwerte ermittelt werden 81. Hierfür kann die Zentraleinheit 61 beispielsweise über eine Zentralkommunikationsschnittstelle 62 mit einem Kommunikationsnetzwerk 63 verbunden sein. Das Kommunikationsnetzwerk 63 kann beispielsweise das Internet oder ein Telefonnetzwerk sein. Die Zentraleinheit kann bei anderen Ausführungsformen auch mit mehreren und unterschiedlichen Kommunikationsnetzwerken über mehrere Zentralkommunikationsschnittstellen verbunden sein. Über das Kommunikationsnetzwerk 63 kann die Zentraleinheit 61 Störgrößenwerte beispielsweise von Wetterdiensten 64, Messstellen 65, Datenbanken 66, anderen Einrichtungen 67 oder mit dem Kommunikationsnetzwerk 63 gekoppelten adaptiven Störgrößensensoren 71, die an Gebäuden 72 angeordnet sind, abrufen und/oder empfangen. Bei den Störgrößen bzw. Störgrößenwerten kann es sich beispielsweise um Außentemperaturwerte, Windgeschwindigkeitswerte, Windrichtungswerte, Luftfeuchtigkeitswerte, Niederschlagsmengen, Schneehöhen, Bodentemperaturwerte, Sonnenstrahlungsintensitätswerte, Werte zur Angabe über die Sichtigkeit in der Atmosphäre, Luftdruckwerte usw. handeln.
Eine Prognoseeinheit 68 umfasst ein Prognosemodell 69, mittels dessen lokale Prognosen für eine oder mehrere Störgrößen erstellt werden 83 (vgl. 3). Das Prognosemodell 69 kann hierbei ein Klima- oder Wettermodell 73 umfassen. Für mindestens eine Störgröße, beispielsweise die Außentemperatur, ermittelt die Prognoseeinheit 68 jedoch angepasste oder adaptive Werte für eine zukünftige Zeitspanne, wobei die adaptierten Werte so gewählt werden, dass Störgrößeneinflüsse für das jeweilige Gebäude 72, welche das Beheizen des Gebäudes beeinflussen, möglichst optimal berücksichtigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Prognosemodell 69 daher zusätzlich zu dem Wetter- und/oder Klimamodell 73 ein Gebäudemodell 74. Hierfür werden Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter von den adaptiven Störgrößensensoren 71 über das Kommunikationsnetzwerk 63 zu der Zentraleinheit 61 übermittelt. Alternativ ist es möglich, dass die Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter über eine Terminaleinheit 75, welche beispielsweise in dem jeweiligen Gebäude 72 angeordnet sein kann, erfasst und direkt an die Zentraleinheit 61 übermittelt werden. Als Terminaleinheiten 75 können beispielsweise PCs dienen, auf denen ein normaler Internetbrowser betrieben wird. Für eine Parametererfassung stellt die Zentraleinheit dann einen Internetserver bereit oder bildet einen solchen aus, über den diese Parameter dann erfasst werden können. Auch andere Übermittlungsformen, beispielsweise per SMS oder Email, sind möglich, wobei hier Übermittlungsformate von Vorteil sind, die automatisch geparst werden können, um die einzelnen Parameter dem Nachrichteninhalt automatisch entnehmen zu können. In der Zentraleinheit können die Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter in einem Speicher 76 abgelegt werden. Um ein erneutes Übertragen der Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter einzusparen kann dem adaptiven Störgrößensensoren 71 eine Kennung zugeordnet werden, die für ein späteres Auffinden der zugehörigen Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter verwendbar ist. Bei einem späteren Abruf von Prognosedaten muss nur diese Kennung übermittelt werden, um den adaptiven Störgrößensensoren 71 eindeutig zu identifizieren. Ändern sich die Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter, so können diese selbstverständlich erneut übermittelt werden.
Nach dem Erfassen der die Gebäudeheizung beeinflussenden Gebäude- und/oder Haustechnikregelungsparameter 83 wird von der Prognoseeinheit 68 eine Außentemperaturkennlinie ermittelt, die für eine zukünftige Zeitspanne Außentemperaturwerte für ein bestimmtes Gebäude 72 so festlegt, dass diese optimal mit der Heizungsregelung des jeweiligen Gebäudes 72 zu einer energieeffizienten Haustechnikregelung führen 84, wobei die erwarteten zukünftigen Einflüsse der Störgrößen bereits berücksichtigt sind. Diese Außentemperaturkennlinie stellt die Prognosedaten dar, die über das Kommunikationsnetzwerk 63 an den entsprechenden Störgrößensensor 71 übermittelt werden 85. Der adaptive Störgrößensensor 71 ermittelt anhand der übertragenen Prognosedaten, beispielsweise der modifizierten Außentemperaturkennlinie, welche für eine zukünftige Zeitspanne Außentemperaturwerte vorgibt, einen Sollwert für ein Sensorsignal, welches anschließend an einer Schnittstelle für die Heizungsregelung bereitgestellt wird 86.
Über Pfeile 87 ist angedeutet, dass die einzelnen Schritte des beschriebenen Verfahrens iterativ jedoch unabhängig voneinander und in unterschiedlichen zeitlichen Abständen ausgeführt werden können. Die Zentraleinheit 63 wird beispielsweise nahezu fortwährend Störgrößenwerte empfangen und erfassen und hieraus für einzelne Störgrößen tatsächliche Prognosewerte errechnen. Eine Ermittlung der an den adaptiven Störgrößensensor 71 zu übermittelnden Prognosedaten, d. h. beispielsweise einer adaptierten Außentemperaturkennlinie, wird hingegen nur in größeren Zeitabständen ausgeführt. Selbstverständlich kann die Zentraleinheit jedoch für eine Vielzahl von Gebäuden 72 und somit eine Vielzahl von adaptiven Außentemperatursensoren jeweils individuell angepasst an das jeweilige Gebäude 72 bzw. die jeweiligen geografischen Gegebenheiten entsprechende Prognosedaten ermitteln und übertragen.
In 5 ist schematisch eine Ausführungsform eines adaptiven Störgrößensensors 71 dargestellt. In der beschriebenen Ausführungsform umfasst dieser eine Spannungsversorgung 101, welche ein Kommunikationsmodul 102, eine Steuereinrichtung 103 und eine Signalerzeugungseinrichtung 104 versorgt. Über das Kommunikationsmodul 102 und eine Kommunikationsschnittstelle 105 kann der adaptive Störgrößensensor 71 mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden werden und hierüber Prognosedaten, beispielsweise eine adaptierte Außentemperaturkennlinie, empfangen werden. Ebenso ist es möglich, Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter sowie über einen Außentemperatursensor 106 tatsächlich erfasste Störgrößenwerte an eine Zentraleinheit zu übermitteln. Eine Übertragung der Prognosedaten wird in der Regel durch den adaptiven Störgrößensensor 71 initiiert, so dass die Übertragung als ein Abrufen der Prognosedaten angesehen werden kann. Bei anderen Ausführungsformen kann die Übertragung jedoch auch von der Zentraleinheit selbst initiiert werden. Die Steuereinrichtung 103 wertet die empfangenen Prognosedaten aus und steuert die Signalerzeugungseinrichtung 104 an, um einer ersten Schnittstelle ein Sensorsignal mit einem Sensorsignalsollwert freizustellen, der anhand der Prognosedaten ermittelt ist. Die erste Schnittstelle 107 ist so ausgebildet, dass eine gewöhnliche witterungsgeführte Heizungsregelung den adaptiven Störgrößensensor als einen gewöhnlichen Störgrößensensor ansehen und das bereitgestellte Signal als ein solches auswerten und verarbeiten wird, welches üblicherweise von einem Störgrößensensor bereitgestellt wird. Die Steuereinrichtung wird in der Regel mittels eines Mikrocontrollers eingesetzt. Dieser kann häufig auch zur Ausführung des Kommunikationsmoduls und/oder der Signalerzeugungseinrichtung genutzt werden. Die Kommunikationsschnittstelle 105 stellt neben der ersten Schnittstelle 107, über die der adaptive Störgrößensensor an eine Haustechnikregelung angeschlossen ist, eine weitere Schnittstelle dar. Für die Haustechnikregelung ist somit das erfindungsgemäße Verfahren transparent bzw. nicht wahrnehmbar.
In 6 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Betreiben eines solchen adaptiven Störgrößensensors beschrieben. Bei einer Inbetriebnahme werden über eine Bedienschnittstelle, welche beispielsweise in der Steuereinrichtung 103 in Form einer Netzwerkserveranwendung für einen Internetbrowser ausgebildet ist, Gebäudeparameter 121 und/oder Haustechnikregelungsparameter 122 erfasst. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn Kommunikationsparameter 123 werden, die die Kommunikationsschnittstelle 105 bzw. das Kommunikationsmodul 102 parametrisieren. Über den Störgrößensensor, beispielsweise den Außentemperatursensor 106, wird bei einigen Ausführungsformen ein tatsächlicher Wert der mindestens einen Störgröße erfasst 124. Anschließend erfolgt ein Abruf von Prognosedaten 125. Hierbei werden beim erstmaligen Abruf die erfassten Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter an eine Zentraleinheit übermittelt. Bei nachfolgendem Abrufen wird vorzugsweise nur noch eine das Gebäude bzw. den adaptiven Störgrößensensor identifizierende Kennung an die Zentraleinheit übermittelt, die beispielsweise von dieser beim ersten Abruf zugewiesen wird oder mit dieser ausgehandelt wird. Zusätzlich werden vorzugsweise bei jedem Abruf ein oder mehrere erfasste tatsächliche Störgrößenwerte der mindestens einen Störgröße an eine Zentraleinheit übermittelt. Anschließend werden die Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße empfangen 126. Hieraus wird danach der aktuelle Sollwert für die mindestens eine Störgröße, beispielsweise für die modifizierte Außentemperatur, abgeleitet 127. In diese Ableitung kann auch die tatsächlich erfasste Außentemperatur, d. h. der tatsächlich erfasste Störgrößenwert, eingehen. Anschließend wird das Sensorsignal erzeugt 128, was anschließend der Haustechnikregelung bereitgestellt wird 129. Das Ableiten des Sollwerts, Erzeugen des Sensorsignals und das Bereitstellen des Sensorsignals erfolgt kontinuierlich bzw. iterativ in kurzen Zeitzyklen. In längeren Zeitzyklen erfolgt der Abruf der Prognosedaten, wobei ein Zyklus hierfür u. a. davon abhängig ist, für welche zukünftige Zeitspanne die Prognosedaten übermittelt werden.
Es ergibt sich für den Fachmann, dass hier lediglich beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind und die einzelnen beschriebenen Merkmale der einzelnen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden können, um die Erfindung auszubilden.
Bezugszeichenliste

1: Raumtemperatur (Istwert)
2: Sollwert der Raumtemperatur
3: Regeldifferenz
4: Heizungsregler
5: Vorlauftemperatur
6: Heizelement
7: Störgröße
8: Verzögerungselement
9: Störgrößenkompensationselement
10: Sensorsignal
21: Außentemperatursensor
22: Sensorsignal
23: Heizungsregelung
24: Sollwertvorgabemodul
25: Vorlauftemperatursollwert
26: Heizkreisregelung
27: Regeldifferenz
28: Vorlauftemperaturistwert
29: Regelstrecke
30: Heizkessel
31: Heizkreisvorlauf
32: Vorlauftemperaturmessfühler
33-1, ... 33-n: Räume 1 bis n
34: Heizkreisrücklauf
41: Raumthermostat
42: Sollwertgeber
43: Raumtemperatursollwert
44: Temperaturfühler
45: Raumtemperaturistwert
46: Raumtemperaturdifferenz
47: Zimmerregler
48: Ventilstellsignal
49: Zimmerregelstrecke
50: Ventil
51: Heizelement
SG-1, ... SG-k: Störgrößen 1 bis k
61: Zentraleinheit
62: Zentralkommunikationsschnittstelle
63: Kommunikationsnetzwerk
64: Wetterdienste
65: Messstellen
66: Datenbanken
67: andere Einrichtungen
68: Prognoseeinheit
69: Prognosemodell
71: adaptive Störgrößensensoren
72: Gebäude
73: Wetter- und/oder Klimamodell
74: Gebäudemodell
75: Terminaleinheit
76: Speicher
81: Störgrößenwerte ermitteln
82: Erstellen von Prognosen für Störgrößenwerte
83: Erfassen von Gebäudeparametern und/oder Heizungsregelungsparametern
84: Ermitteln von Prognosedaten
85: Übertragen der Prognosedaten
86: Ableiten eines modifizierten Signalwerts, der die mindestens eine Störgröße repräsentiert
87: Pfeile
101: Spannungsversorgung
102: Kommunikationsmodul
103: Steuereinrichtung
104: Signalerzeugungseinrichtung
105: Kommunikationsschnittstelle
106: Außentemperatursensor
107: erste Schnittstelle
121: Erfassen von Gebäudeparametern
122: Erfassen von Haustechnikregelungsparametern
123: Erfassen von Kommunikationsparametern
124: Erfassen eines tatsächlichen Störgrößenwerts
125: Abrufen von Prognosedaten (Übermitteln der Gebäudeparameter, Haustechnikregelungsparameter/Störgrößenwerte)
126: Empfangen von Prognosedaten
127: Ableiten eines Sollwerts
128: Erzeugen eines Sensorsignals
129: Bereitstellen eines Sensorsignals

Claims

Adaptiver Störgrößensensor (71) für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes (72), wobei die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfassend eine erste Schnittstelle (107) und eine mit der ersten Schnittstelle (107) verknüpfte steuerbare Signalerzeugungseinrichtung (104); mindestens eine weitere Schnittstelle zum Empfangen von Informationen über die mindestens eine Störgröße; eine Steuereinrichtung (103) zum Auswerten der empfangenen Informationen und Ableiten eines Sollsignalwerts und Ansteuern der Signalerzeugungseinrichtung (104), so dass diese Signalerzeugungseinrichtung (104) ein Sensorsignal mit dem Sollsignalwert an der ersten Schnittstelle (107) bereitstellt, wobei die mindestens eine weitere Schnittstelle eine Kommunikationsschnittstelle ist, über die als Informationen Prognosedaten für mindestens eine der Störgrößen empfangbar sind.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Störgröße eine Außentemperatur des Gebäudes (72) ist, wobei die Prognosedaten modifizierte Außentemperaturwerte für eine Zeitspanne umfassen, die einen in der Zukunft liegenden Zeitraum umfasst.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (103) ausgebildet ist, die Prognosedaten von einer Zentraleinheit (61) abzurufen, die informationstechnisch mit der weiteren Schnittstelle koppelbar ist oder gekoppelt ist.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Schnittstelle oder ein Sensor vorgesehen sind, über die mindestens ein aktueller Wert für die mindestens eine Störgröße und/oder eine weitere Störgröße erfassbar ist.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicher mit der Steuereinrichtung (103) verbunden ist, in dem Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter ablegbar sind.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (103) ausgebildet ist, vor oder bei dem Abrufen der Prognosedaten an die Zentraleinheit (61) eine oder mehrere Gebäudeparameter und/oder einen oder mehrere Haustechnikregelungsparameter und/oder ein oder mehrere Werte, die über die zusätzliche Schnittstelle oder den Sensor erfasst sind, an die Zentraleinheit (61) übermitteln, so dass diese in die Ermittlung der Prognosedaten mit einbezogen werden können.
Adaptiver Störgrößensensor (71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bedienschnittstelle zum Konfigurieren der Kommunikationsschnittstelle und/oder eingeben der Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter.
Adaptives Regelungssystem für witterungsgeführte Haustechnikregelungen von Gebäuden, wobei die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfassend: eine Zentraleinheit (61), welche: mindestens eine Zentralkommunikationsschnittstelle, die mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist; eine Prognoseeinheit (68) zum Empfangen und/oder Erfassen von Werten der mindestens einen Störgröße und gegebenenfalls weiterer Störgrößen und zum Erzeugen von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße; umfasst und mindestens einen adaptiven Störgrößensensor (71) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der mit seiner weiteren Schnittstelle mit dem Kommunikationsnetz verbunden ist; wobei die Haustechnikregelung mit der ersten Schnittstelle (107) des adaptiven Störgrößensensors (71) verbunden ist, um dass aus den Prognosedaten abgeleitete Sensorsignal mit dem Sollsignalwert als die mindestens eine Störgröße zu berücksichtigen.
Adaptives Regelungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prognoseeinheit (68) ausgebildet ist, anhand der erfassten Störgrößenwerten für die mindestens eine Störgröße und/oder weitere Störgrößen unter Verwendung mindestens eines Prognosemodells die Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße zu ermitteln.
Adaptives Regelungssystem nach einem der Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Prognosemodell ein Wetter- und/oder Klimamodell (73) und ein Gebäudemodell (74) umfasst und anhand des Wetter- und/oder Klimamodells (73) und des Gebäudemodells (74) ein durch die Haustechnikregelung beeinflusster dynamischer Gebäudeparameter, insbesondere eine Raumtemperatur oder ein Sonnen bedingter Energieeintrag, modelliert und in die Prognose der mindestens einen Störgröße mit einbezogen wird.
Verfahren zum Betreiben eines adaptiven Regelungssystem für witterungsgeführte Haustechnikregelungen von Gebäuden, wobei die Haustechnikregelungen jeweils von mindestens einer Störgröße abhängig sind, umfassend: die Schritte: Erfassen von Werten der mindestens eine Störgröße und gegebenenfalls weiterer Störgrößen, Ermitteln von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße, Übermitteln der Prognosedaten an einen adaptiven Störgrößensensor (71), Ableiten eines Sollsignalwerts für ein Sensorsignal, das von der Haustechnikregelung eingelesen wird, um die Haustechnikregelung auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Ermittlung der Prognosedaten Gebäudeparameter des Gebäudes (72), dem ein entsprechend adaptiver Störgrößensensor (71) zugeordnet ist, und gegebenenfalls zusätzlich Haustechnikregelungsparameter des entsprechenden Gebäudes (72) mit einbezogen werden, wobei die Gebäudeparameter eine geographische Position und/oder eine Gebäudeform und/oder Dämmungswerte und/oder Sonneneintragswerte und/oder Angaben über Fensterflächen und/oder Fensterausrichtungen und/oder Außenwandflächen und/oder Außenwandausrichtungen und/oder eine Dachform und/oder Bodenbeschaffenheit und/oder Angaben über Verschattungsobjekte in der Umgebung umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Störgrößen eine Windrichtung und/oder Windgeschwindigkeit und/oder eine Bodentemperatur und/oder eine Schneemenge und/oder eine Schneehöhe und/oder eine Niederschlagsmenge und/oder eine Luftfeuchtigkeit und/oder eine Sonnenstrahlungsintensität und/oder eine Sonnenstrahlungsdauer und/oder eine Wassertemperatur von Gewässern und/oder ein Luftdruck und/oder eine Wolkenhöhe und/oder eine Sichtigkeit und/oder eine Wolkenbedeckungsgrad und/oder eine Bodenfeuchtigkeit umfassen.
Verfahren zum Betreiben eines adaptives Störgrößensensors (71) für eine witterungsgeführte Haustechnikregelung eines Gebäudes, wobei die Haustechnikregelung von mindestens einer Störgröße abhängig ist, umfassend: die Schritte: Abrufen und/oder Empfangen von Prognosedaten für die mindestens eine Störgröße, die unter Verwendung eines Prognosemodells (69) mittels einer Prognoseeinheit (68) von einer Zentraleinheit (61) ermittelt sind, von der Zentraleinheit (61); Ableiten eines Sollsignalwerts für ein Sensorsignal, das von der Haustechnikregelung eingelesen wird, um die Haustechnikregelung auszuführen, und Bereitstellen des Sensorsignals mit dem abgeleiteten Sollsignalwert an einer ersten Schnittstelle (107), mit der die Haustechnikregelung verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter bei einem ersten Abruf oder nach einem vorgegebenen Zeitintervall erneut an Prognoseeinheit (68) übermittelt werden und ansonsten eine Kennung beim Abruf neuer Prognosedaten übertragen wird, um die zugehörigen Gebäudeparameter und/oder Haustechnikregelungsparameter in einem Speicher der Zentraleinheit (61) zu identifizieren.