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Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zur Optimierung der Vorlaufsolltemperatur eines Heizfluids eines Wärmeerzeugers oder eines Heizkreises in einem Heizsystem, sowie ein Heizsystem zur Beheizung von zumindest zwei separaten Räumen.
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Bei bekannten Heizsystemen ist üblicherweise ein zentraler Wärmeerzeuger vorgesehen, welcher erwärmtes Heizfluid zur Verfügung stellt, über Heizkreise verteilt und über Heizkörper in den einzelnen separaten Räumen Wärme in diese einbringt. Dabei wird üblicherweise eine zentrale Vorlauftemperatur des Wärmeerzeugers geregelt, sodass jedem der separaten Räume, insbesondere den Heizkörpern in diesen Räumen, die an denselben Heizkreis angeschlossen sind, die gleiche Vorlauftemperatur zur Verfügung gestellt wird. Um sicher zu stellen, dass in den einzelnen separaten Räumen mit einer einzigen Vorlauftemperatur auch unterschiedliche Raumsolltemperaturen erreichbar sind, sind bei bekannten Heizsystemen die einzelnen Heizkörper häufig mit Thermostatventilen ausgestattet, über welche der Durchfluss in den einzelnen Heizungskörpern geregelt wird. Je nach Raumisttemperatur in dem jeweiligen zu beheizenden Raum öffnet oder schließt das Thermostatventil mehr oder weniger, sodass ein größerer oder kleinerer Massenstrom an erwärmtem Heizfluid durch den Heizkörper fließt und dementsprechend auch die Wärmeabgabe in den Raum variiert wird.
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Um jedoch sicher zu stellen, dass auch bei vollständig geöffnetem Thermostatventil eine ausreichende Heizfluidmenge zur Verfügung gestellt wird, insbesondere mit ausreichender Wärmemenge beladen, ist bei bekannten Heizsystemen die Vorlauftemperatur auf einen Maximalfall ausgelegt. Das bedeutet, dass der Wärmeerzeuger mit konstanter oder über eine Heizkurve vorgegebener Vorlauftemperatur arbeitet und diese sich an dem Maximalwert hinsichtlich des maximal notwendigen Wärmebedarfs orientiert. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn die Thermostatventile der meisten zu beheizenden Räume oder aller zu beheizenden Räume nicht vollständig geöffnet oder sogar teilweise geschlossen sind. Demnach befindet sich der Wärmeerzeuger auf Grund der relativ hohen Vorlauftemperatur in einer Vielzahl von Einsatzfällen in einer Betriebssituation, die unnötig viel Energie aufwendet, das heißt unnötig hohe Vorlauftemperatur erzeugt und damit ineffizienter ist als möglich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehenden Nachteile zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Optimierung der Vorlaufsolltemperatur zur Verfügung zu stellen, mittels welchem in einfacher und kostengünstiger Weise die Vorlaufsolltemperatur eines Wärmeerzeugers oder eines Heizkreises mit Bezug auf den aktuell tatsächlichen Bedarf optimiert werden kann.
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Gelöst wird voranstehende Aufgabe mit Hilfe eines Verfahrens mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Heizsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich unter anderem aus den an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Optimierung der Vorlaufsolltemperatur eines Heizfluids eines Wärmeerzeugers oder eines Heizkreises in einem Heizsystem ist für die Beheizung von mindestens zwei separaten Räumen mit jeweils wenigstens einem Heizkörper mit einem Heizungsregelventil ausgestattet. Es weist die folgenden Schritte auf:
- • Vorgeben einer Raumsolltemperatur für zumindest einen zu beheizenden Raum,
- • Bestimmen der jeweiligen Raumisttemperatur aller zu beheizenden Räume,
- • Berechnen der notwendigen Wärmeleistung für jeden zu beheizenden Raum auf Basis der jeweiligen Differenz zwischen Raumsolltemperatur und Raumisttemperatur des jeweiligen zu beheizenden Raumes,
- • Vergleich aller berechneten Wärmeleistungen und Auswahl der maximal benötigten Wärmeleistung aus den zuvor berechneten Wärmeleistungen,
- • Einstellen der Vorlaufsolltemperatur des Heizkreises (und/oder des Wärmeerzeugers, bei nur einem Heizkreis) auf einen Wert, der die ermittelte maximal benötigte Wärmeleistung zur Verfügung stellt, und Regelung des Durchflusses jedes Heizungsregelventils auf Basis des Vergleichs zwischen der maximal benötigten Wärmeleistung und der benötigten Wärmeleistung für den jeweiligen zu beheizenden Raum.
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In den Ansprüchen wie auch in der folgenden Beschreibung wird unter einer Wärmeleistung regelmäßig eine relative Wärmeleistung verstanden, sofern nicht anders spezifiziert. Die maximal mögliche Wärmeleistung (100%) einer Heizfläche endlicher Größe ist begrenzt durch die maximal zulässige Heizflächentemperatur. Diese beträgt für Fußbodenheizungen ungefähr 55°C, für Radiatorheizungen ungefähr 80°C. Die minimale Übertemperatur der Heizflächentemperatur über Raumtemperatur, bei der keine Leistung (0%) mehr in den Raum übertragen werden kann, ist theoretisch 0 K und entspricht der Raumtemperatur. Nimmt man näherungsweise an, dass sich die in den Raum übertragbare Wärmeleistung linear zur Übertemperatur der Heizfläche verhält, kann man für 0% bis 100% Wärmeleistung die Vorlauftemperatur zwischen Raumtemperatur und maximal zulässiger Heizflächentemperatur interpolieren.
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Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann also eine Rückkopplung zwischen der tatsächlichen Raumisttemperatur und der einzustellenden Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers erfolgen. Dies erfolgt dadurch, dass ein Vergleich der Raumisttemperatur mit der jeweiligen Raumsolltemperatur für jeden separaten zu beheizenden Raum durchgeführt wird. Anhand dieses Vergleichs kann für jeden separaten Raum die exakte notwendige Wärmeleistung berechnet werden. Durch den Vergleich aller berechneten Wärmeleistungen wird die aktuelle maximal benötigte Wärmeleistung bestimmt, also die Wärmeleistung, die auf jeden Fall zur Verfügung gestellt werden muss, um den Raum zu beheizen, der die größte Differenz zwischen Raumisttemperatur und Raumsolltemperatur aufweist. Diese maximal benötigte Wärmeleistung dient erfindungsgemäß als Grundlage für die Einstellung der Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers. Mit anderen Worten wird die Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers also auf einen Wert eingestellt, der sich an dem maximal notwendigen Bedarf zum aktuellen Zeitpunkt orientiert. Es erfolgt also keine grundsätzliche Ausrichtung an dem theoretisch maximal möglichen Bedarf, sondern eine Ausrichtung der Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers am tatsächlichen Maximalbedarf in der momentanen Situation. Dadurch ergibt sich eine sehr vorteilhafte Anpassung und Minimierung der Vorlaufsolltemperatur an den tatsächlich vorliegenden Wärmebedarf.
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Um sicher zu stellen, dass die anderen Räume, welche eine geringere berechnete Wärmeleistung benötigen, nicht überheizt werden, wird erfindungsgemäß eine Rückkopplung durchgeführt, sodass die jeweiligen Heizungsregelventile aller Heizkörper den Durchfluss des Heizfluids mit Bezug auf die maximal benötigte Wärmeleistung die von dem Wärmeerzeuger zur Verfügung gestellt wird und der tatsächlichen Wärmeleistung, die für den jeweiligen zu beheizenden Raum benötigt wird, geregelt wird. Auf diese Weise wird in besonders einfacher Weise eine Kombination der Ventilregelung in den einzelnen separaten Räumen mit einer Reduktion der Vorlaufsolltemperatur auf den notwendigen Ist-Zustand erzielt. Damit kann der Wärmeerzeuger an den tatsächlichen Wärmebedarf aller separaten Räume angepasst werden, wodurch unnötiger Energieaufwand vermieden werden kann.
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Selbstverständlich ist es möglich, dass die Raumsolltemperatur für den zumindest einen zu beheizenden Raum identisch mit den Raumsolltemperaturen mehrerer oder sogar aller zu beheizender Räume ist. Auch ist es denkbar, dass zumindest zwei unterschiedliche Raumsolltemperaturen für zwei zu beheizende Räume vorgegeben sind. Selbstverständlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass die Raumsolltemperaturen für die einzelnen zu beheizenden Räume über den Tagesverlauf hinweg zu unterschiedlichen Zeitspannen unterschiedliche Werte aufweisen. Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Verfahren für ein Heizsystem angewendet werden, welches für jeden separaten Raum einem eigenen Heizprogramm folgt. Für ein solches Vorgehen ist es vorteilhaft, wenn das Optimierungsverfahren der vorliegenden Erfindung in Intervallen oder sogar kontinuierlich durchgeführt wird. Das bedeutet, dass bei dieser Betriebsweise eine ständige Überprüfung und Optimierung der Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers sowie der Stellung der Heizkörperventile erfolgt.
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Es kann auch vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Regelung des Durchflusses des jeweiligen Heizungsregelventils dadurch bestimmt wird, dass der Quotient aus benötigter Wärmeleistung des zu beheizenden Raumes und der maximal benötigten Wärmeleistung bestimmt wird und dieser Quotient mit einem Exponenten 1/k versehen ist. Mit anderen Worten wird also der Anteil bestimmt, welcher für den jeweiligen Raum der maximal zur Verfügung gestellten Wärmeleistung zu entnehmen ist. Der Exponent 1/k hebt die Linearität dieser Beziehung auf, berücksichtigt weitere Parameter der tatsächlichen Aufheizcharakteristik des jeweils separaten Raumes und beschreibt den nicht-linearen Einfluss der Ventilstellung auf die Wärmeleistung. Er wird insbesondere zwischen 0,2 und 0,3 ausgewählt sein. Vorteilhafterweise ist der Wert k im Bereich um 0,25 gewählt.
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Ein weiterer Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren in zumindest einem zu beheizenden Raum wenigstens zwei Heizkörper mit jeweils einem Heizungsregelventil angeordnet sind und die Regelung des Durchflusses der Heizungsregelventile der wenigstens zwei Heizkörper derart angepasst werden, dass sie in Summe für die notwendige Wärmeleistung in diesem zu beheizenden Raum den notwendigen Massenstrom an Heizfluid ermöglichen. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bedeutet dies, dass der Durchfluss jedes Heizungsregelventils auch aufsummiert werden kann, wenn in dem jeweiligen Raum mehr als ein Heizungsregelventil und insbesondere mehr als ein Heizkörper vorgesehen sind. Entscheidend ist, dass der gesamte Durchfluss, der mit Hilfe der Heizungsregelventile für einen separaten Raum geregelt wird, den Betrag der eingeführten Wärmeleistung in Abhängigkeit der maximal benötigten Wärmeleistung, die vom Wärmeerzeuger zur Verfügung gestellt wird, auf den für den jeweils separat zu beheizenden Raum passenden Wert begrenzt wird. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Überhitzung des jeweiligen Raumes vermieden. Dazu bekommen beide Heizkörperventile in einem Raum das gleiche Stellsignal, woraufhin die beiden Heizkörper wie ein einziger Heizkörper reagieren. Aus zwei Regelkreisen wird damit ein einziger.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Heizsystem zur Beheizung von zumindest zwei separaten Räumen, aufweisend wenigstens einen Wärmeerzeuger zur Erwärmung von Heizfluid, zumindest einem Heizkörper in jedem zu beheizenden Raum und eine Regelvorrichtung, die zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Jeder Heizkörper ist mit einem Heizungsregelventil zur Regelung des Durchflusses von Heizfluid von dem Wärmeerzeuger durch den jeweiligen Heizkörper ausgebildet. Ein erfindungsgemäßes Heizsystem weist die gleichen Vorteile auf, wie sie voranstehend bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert worden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Heizsystem kann dahingehend weitergebildet sein, dass in jedem zu beheizenden Raum zumindest ein Temperatursensor zur Bestimmung der Raumisttemperatur in dem jeweiligen zu beheizenden Raum angeordnet ist und diese Temperatursensoren die gemessenen Raumisttemperaturen der Regelungsvorrichtung zur Verfügung stellen. Solche Temperatursensoren dienen also als Eingabevorrichtung für die Regelvorrichtung, da die notwendigen Raumisttemperaturen für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens über diese Temperatursensoren zur Verfügung gestellt werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die Temperatursensoren an einem Ort angebracht sein sollten, welcher eine besonders gute Widergabe der tatsächlichen Raumisttemperatur gibt. Zu vermeiden sind insbesondere Orte, an welchen lokale Temperatursprünge zu erwarten sind, wie dies beispielsweise kurz unter der Decke oder in stark belüfteten Bereichen der Fall ist.
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Bei einem erfindungsgemäßen Heizsystem ist es ebenfalls möglich, dass die Regelvorrichtung für jeden zu beheizenden Raum eine eigene Regeleinheit aufweist. Diese ist zumindest ausgebildet, aus der für den zu beheizenden Raum notwendigen Wärmeleistung und der von dem Wärmeerzeuger zur Verfügung gestellten maximalen Wärmeleistung die Regelung des Durchflusses des entsprechenden Heizungsregelventils anzupassen, um den für die Beheizung des Raumes notwendigen Massenstrom an Heizfluid vom Wärmeerzeuger dem Heizkörper zur Verfügung zu stellen. Mit anderen Worten kann auf diese Weise die eigene Regeleinheit für jeden separaten Raum strukturell und/oder funktional vom Rest der Regelvorrichtung getrennt sein. Es ist sogar möglich, dass diese Regeleinheit sich nicht im Bereich des Wärmeerzeugers sondern direkt an dem jeweiligen Heizkörper im zu beheizenden Raum oder sogar als Bauteil des Heizungsregelventils ausgebildet ist.
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Selbstverständlich kann solch eine eigene Regeleinheit auch weitere Funktionalitäten eines erfindungsgemäßen Verfahrens übernehmen. So ist es beispielsweise möglich, dass dort auch die aktuelle Raumisttemperatur erfasst wird und/oder diese aktuelle Raumisttemperatur für das erfindungsgemäße Berechnen der notwendigen Wärmeleistung für diesen zu beheizenden Raum durchgeführt wird. Auch ist es möglich, dass eine der Regeleinheiten für jeden separaten Raum als so genannte Master-Regeleinheit die Informationen aller anderen Regeleinheiten zusammenfasst und auf diese Weise in einer solchen Regeleinheit auch die maximal benötigte Wärmeleistung bestimmt werden kann. Die Regelvorrichtung des Wärmeerzeugers kann auf diese Weise von dieser zusätzlichen Belastung durch ein erfindungsgemäßes Verfahren enthoben werden, sodass auch bereits bekannte und bestehende Regelvorrichtungen verwendet werden können. Diese werden durch die funktionale und/oder strukturelle Trennung sowie durch das Vorsehen einer erfindungsgemäßen Regeleinheit mit der erfinderischen Qualität ausgestattet.
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Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfigur. Dabei beziehen sich die verwendeten Begrifflichkeiten „links”, „rechts”, „oben” und „unten” auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfigur mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit drei separate zu beheizenden Räumen.
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Bei der dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 werden beispielhaft drei separate zu beheizende Räume 100 vorgesehen. Jeder dieser zu beheizenden Räume 100 ist im Wesentlichen gleich ausgestattet, weist also einen Heizkörper 20 und ein zugehöriges Heizungsregelventil 22 auf. Darüber hinaus ist jedem Raum 100 ein Temperatursensor 50 angeordnet, welcher aufgrund seiner Anordnung in der Lage ist, die aktuelle Raumisttemperatur des Raumes 100 zu bestimmen. Für jeden separaten zu beheizenden Raum 100 ist in der Regelvorrichtung 40 eine eigene Regeleinheit 42 vorgesehen. Über die Strichpunklinien in der Figur angedeutet ist jede Regeleinheit 42 bezüglich des zu beheizenden Raumes 100 sowohl mit dem Temperatursensor 50, als auch mit dem jeweiligen Heizungsregelventil 22 in Regelverbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite ist jede der Regeleinheiten 42 in Regelverbindung mit dem Wärmeerzeuger 30.
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Zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird über jede der Temperatursensoren 50 die aktuelle Raumisttemperatur bezüglich des jeweils zu beheizenden Raumes 100 bestimmt. Diese wird an die jeweilige Regeleinheit 42 weiter gereicht, in welcher die für den separat zu beheizenden Raum spezifische notwendige Wärmeleistung berechnet wird. Nicht weiter dargestellt, wird danach aus den spezifischen benötigten Wärmeleistungen für jeden einzelnen Raum 100 die maximale benötigte Wärmeleistung dadurch bestimmt, dass ein Vergleich aller berechneten benötigten Wärmeleistungen durchgeführt wird und die maximale berechnete benötigte Wärmeleistung als maximal benötigte Wärmeleistung ausgewählt wird. Basierend auf dieser maximal benötigten Wärmeleistung wird die Vorlaufsolltemperatur des Wärmeerzeugers 30 durch die Regelvorrichtung 40 derart eingestellt, dass sie in der Lage ist, diese maximal benötigte Wärmeleistung zur Verfügung zu stellen. Die Vorlaufsolltemperatur wird durch Verändern des Betriebsmodus des Wärmeerzeugers erreicht, sodass die Vorlauftemperatur, welche über Fluidleitungen den einzelnen Heizkörpern 20 der Räume 100 zur Verfügung gestellt wird, erhöht wird und bei allen separaten Räumen 100 eines Heizkreises gleich ist.
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Nun erfolgt die Rückkopplung, um sicher zu stellen, dass in jedem zu beheizenden Raum 100 die gewünschte Raumsolltemperatur nicht überschritten wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die maximal benötigte Wärmeleistung zugrunde gelegt wird und in jeder Regeleinheit 42 im Quotienten zusammen mit der tatsächlich benötigten Wärmeleistung für den jeweiligen Raum 100 der Anteil ermittelt wird, welcher für diesen Raum 100 notwendig ist. Ist dieser Anteil bestimmt, so wird eine Veränderung des Durchflusses am Heizungsregelventil 22 des jeweiligen Heizkörpers 20 durchgeführt, sodass der Massenstrom in jedem Heizkörper 20 jedes Raumes 100 in Abhängigkeit der tatsächlich benötigten Wärmeleistung und der maximal benötigten Wärmeleistung variiert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Heizsystem
- 20
- Heizkörper
- 22
- Heizungsregelventil
- 30
- Wärmeerzeuger
- 40
- Regelvorrichtung
- 42
- Regeleinheit
- 50
- Temperatursensor
- 100
- zu beheizender Raum
