DE102012002941B4

DE102012002941B4 - Method for operating a heating or cooling system and heating and cooling system

Info

Publication number: DE102012002941B4
Application number: DE201210002941
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: LE, HUU-THOI, PROF. DR.-ING., DE
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: DE102012002941A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage, wobei die Heizungsanlage einen zentralen Wärmeerzeuger (WE), eine zentrale Pumpe (3), eine Regeleinheit (ZRE) und wenigstens zwei Heizkörper (HK1, HK2, HK3) umfasst, wobei die Heizkörper (HK1, HK2, HK3) jeweils ein einstellbares Ventil (1) sowie jeweils einen Motorantrieb (2a) mit einem Raumtemperatursensor und einem PI-Regler aufweisen, und wobei die Motorantriebe (2a) und der Wärmeerzeuger (WE) und die Pumpe (3) kabellos oder kabelgebunden zum Datenaustausch mit der Regeleinheit (ZRE) verbunden sind, und wobei die Rohrnetzstruktur der Heizungsanlage sowie die dazugehörigen hydraulischen Widerstände und Sollvolumenströme der Heizungsanlage in einer Matrix in der zentralen Regeleinheit (ZRE) abgelegt sind mit den Schritten: – Berechnung der oberen Grenzwerte der Ventilhübe im Sinne des dynamischen hydraulischen Abgleiches sowie Berechnung des erforderlichen Drucksprunges – Übertragung der berechneten Daten an die Motorantriebe (2a), die Pumpe (3) und den Wärmeerzeuger (WE), – Berechnung des erforderlichen Ventilhubs durch einen im Motorantrieb (2a) vorhandenen PI-Regler anhand der Regelabweichung von Raumtemperatur-Istwert und dem Raumtemperatur-Sollwert, und wobei – der berechnete erforderliche Ventilhub dann eingestellt wird, wenn der Wert kleiner oder gleich dem oberen Grenzwert des entsprechenden Ventils ist, oder – der obere Grenzwert für den Ventilhub des entsprechenden Ventils eingestellt wird, wenn dieser Grenzwert kleiner ist, als der berechnete erforderliche Ventilhub, und wobei – die Pumpe (3) mit einer Leistung entsprechend dem berechneten Drucksprung läuft, und wobei – die in der Matrix abgelegten Sollvolumenströme iterativ verkleinert werden, wenn mindestens ein aktueller Ventilhub viel kleiner als sein oberer Grenzwert bei Einhaltung des Sollwertes ist, während alle andere Ventilhübe an den oberen Grenzwerten bleiben, und wobei – die in der Matrix abgelegten Sollvolumenströme iterativ vergrößert werden, wenn mindestens ein aktueller Ventilhub an dem oberen Grenzwert ist und der Sollwert nicht eingehalten wird, während die Raumtemperaturen in den übrigen Räumen die Sollwerte erreichen.Method for operating a heating system, wherein the heating system comprises a central heat generator (WE), a central pump (3), a control unit (ZRE) and at least two radiators (HK1, HK2, HK3), wherein the radiators (HK1, HK2, HK3 ) each having an adjustable valve (1) and each having a motor drive (2a) with a room temperature sensor and a PI controller, and wherein the motor drives (2a) and the heat generator (WE) and the pump (3) wirelessly or wired for data exchange with the control unit (ZRE) are connected, and wherein the pipe network structure of the heating system and the associated hydraulic resistances and nominal volume flows of the heating system are stored in a matrix in the central control unit (ZRE) with the steps: - Calculation of the upper limit values of the valve lifts in terms of the dynamic hydraulic adjustment and calculation of the required pressure jump - transmission of the calculated data to the motor drives (2 a), the pump (3) and the heat generator (WE), - Calculation of the required valve lift by means of a PI controller present in the motor drive (2a) based on the control deviation of the room temperature actual value and the room temperature setpoint, and where - the calculated required Valve lift is then set when the value is less than or equal to the upper limit of the corresponding valve, or - the upper limit value for the valve lift of the corresponding valve is set, if this limit is smaller than the calculated required valve lift, and wherein - the pump (3) running at a rate corresponding to the calculated pressure jump, and wherein: - the set volumetric flows stored in the matrix are iteratively reduced if at least one actual valve lift is much smaller than its upper limit while maintaining the setpoint while all other valve lifts are at the upper limits remain, and where - the set volume flows stored in the matrix iteratively increased if at least one current valve lift is at the upper limit and the setpoint is not maintained, while the room temperatures in the other rooms reach the setpoints.

Description

Ein weit verbreitetes Heizungssystem, das sogenannte zentrale Zweirohrheizungssystem, besteht aus einem zentralen Wärmeerzeuger, einer zentralen Pumpe, Rohrleitungen und verschiedenen Wärmeverbrauchern. Die Verbraucher sind entweder Heizkörper oder Rohrschlangen bei der Flächenheizung. Im Wärmeerzeuger wird durch die Verbrennung von Brennstoff (Gas/Öl) Wärme freigesetzt, die zur Erwärmung des Heizungswassers dient. Das erwärmte Wasser strömt in den Vorlaufleitungen zu den einzelnen Verbrauchern. In den Verbrauchern gibt das Wasser seine Wärme und kühlt sich dabei ab. Das abgekühlte Wasser wird in den Rücklaufleitungen gesammelt und zu dem Wärmeerzeuger zurückgeführt.A widely used heating system, the so-called central two-pipe heating system, consists of a central heat generator, a central pump, pipelines and various heat consumers. The consumers are either radiators or pipe coils in the surface heating. In the heat generator is released by the combustion of fuel (gas / oil) heat, which serves to heat the heating water. The heated water flows in the supply lines to the individual consumers. In the consumer, the water gives off its heat and cools down. The cooled water is collected in the return lines and returned to the heat generator.

Der Wärmeerzeuger, in aller Regel ein Kessel, regelt in Abhängigkeit der Außentemperatur das Heizungswasser auf ein bestimmtes Temperaturniveau, die sogenannte Vorlauftemperatur. Die zentrale Pumpe fördert das Heizungswasser zu den Verbrauchern. An den Verbrauchern sind Ventile, bei Heizkörpern in aller Regel Thermostatventile, eingebaut, um den Durchfluss (Volumenstrom) lokal zu regeln.The heat generator, usually a boiler, regulates the heating water depending on the outside temperature to a certain temperature level, the so-called flow temperature. The central pump delivers the heating water to the consumers. Valves are usually installed at the consumers, in the case of radiators usually thermostatic valves, in order to regulate the flow (volume flow) locally.

Die Komponenten des oben genannten Heizungssystems (Kessel, Pumpe, Thermostatventile) arbeiten weitgehend unabhängig voneinander. Falls einzelne Komponenten optimal funktionieren, bedeutet das lange nicht, dass das Heizungssystem energetisch optimal ist. Ein System funktioniert nur optimal, wenn alle Komponenten innerhalb des Systems miteinander abgestimmt bzw. die Wechselwirkungen zwischen den Komponenten berücksichtigt sind.The components of the heating system mentioned above (boiler, pump, thermostatic valves) work largely independently of each other. If individual components function optimally, this does not mean that the heating system is energetically optimal. A system only works optimally if all components within the system are coordinated with each other or if the interactions between the components are taken into account.

Fallen im Raum Wärmegewinne (Sonnenstrahlung, Beleuchtung, Wärmeabgaben von elektronischen Geräten, Menschen etc.) ein, steigt die Raumtemperatur an. Demzufolge drosselt das Thermostatventil und der Volumenstrom durch den Heizkörper verringert sich. Das bedeutet, dass zur Beheizung des Raumes weniger Wärme benötigt wird. Dem zentralen Kessel und der Pumpe sind die lokalen Informationen (Wärmegewinne, Raumtemperatur etc.) nicht verfügbar. Deshalb arbeiten der Kessel und die Pumpe weiter so, als ob keine Wärmegewinne vorhanden wären. Es ergibt sich somit eine höhere Vorlauftemperatur und einen höheren Drucksprung als erforderlich. Eine Höhere Vorlauftemperatur verursacht größere Wärmeverluste des Kessels, der Rohrleitungen und verringert den Nutzungsgrad des Heizungssystems. Ein höherer Drucksprung ist zum einen Verschwendung des elektrischen Energieverbrauches für den Pumpenbetrieb und zum anderen erzeugt er unangenehme Geräusche an Thermostatventilen, also Komforteinbußen für den Nutzer.If heat gains (solar radiation, lighting, heat dissipation from electronic devices, people, etc.) occur in the room, the room temperature rises. As a result, the thermostatic valve throttles and the volume flow through the radiator decreases. This means that less heat is needed to heat the room. The central boiler and the pump have no local information (heat gains, room temperature, etc.). Therefore, the boiler and the pump continue to work as if there were no heat gains. This results in a higher flow temperature and a higher pressure jump than required. A higher flow temperature causes larger heat losses of the boiler, the piping and reduces the efficiency of the heating system. A higher pressure jump is on the one hand a waste of electrical energy consumption for the pump operation and on the other hand it produces unpleasant noises on thermostatic valves, so comfort for the user.

Es ist bekannt, dass aus der Heizlast des Raumes sowie der dazugehörigen installierten Heizkörperleistung (Heizkörpergröße) der erforderliche Soll-Volumenstrom und die erforderliche Kessel-Solltemperatur bei der Auslegung (Heizkurve) bestimmt werden. Unter der Heizkurve versteht sich die notwendige Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur, um unterschiedliche Räume des Gebäudes ohne äußere Wärmegewinne wie Solarstrahlung und ohne innere Wärmegewinne (Wärmeabgabe von Beleuchtung, elektrische Equipments, Personen etc.) ausreichend zu versorgen. In der Praxis wird die Heizkurve vorsichtshalber hoch (weit höher als notwendig) eingestellt, weil zum einen man auf der sicheren Seite sein will und zum anderen die relevanten erforderlichen Daten (exakte Heizlastberechnung, korrekte Pumpeneinstellung etc.) fehlen. In der Tat kommen innere und äußere Wärmegewinne vor, so dass die verfügbare Vorlauftemperatur immer höher als erforderlich ist, welche eine Reduzierung des Nutzungsgrads (Erhöhung der Verluste von Kessel, Rohrleitungen, Verringerung der Brennwertnutzung bei Brennwertkesseln) verursacht.It is known that from the heat load of the room and the associated installed radiator capacity (radiator size), the required set flow rate and the required boiler set temperature in the design (heating curve) are determined. The heating curve is understood to mean the required flow temperature as a function of the outside temperature in order to sufficiently supply different rooms of the building without external heat gains such as solar radiation and without internal heat gains (heat emission from lighting, electrical equipment, persons, etc.). In practice, the heating curve is set as a precaution high (far higher than necessary), because on the one hand you want to be on the safe side and on the other hand, the relevant data required (exact Heizlastberechnung, correct pump setting, etc.) missing. In fact, internal and external heat gains occur, so that the available flow temperature is always higher than required, which causes a reduction in the degree of utilization (increase in losses of boiler, pipelines, reduction in condensing boiler condensing boilers).

Da die hydraulischen Verhältnisse für einzelne Heizkörper unterschiedlich sind, muss ein sogenannter hydraulischer Abgleich durchgeführt werden, um alle Räume mit Wärme ausreichend und ausgewogen zu versorgen. Das bedeutet eine Beseitigung des Problems mit Über- und Unterversorgung (ein Raum in der Nähe zur Pumpe ist zu warm, ein anderer entfernter Raum bleibt kalt).Since the hydraulic conditions for individual radiators are different, a so-called hydraulic balancing must be carried out to provide all rooms with heat sufficient and balanced. This eliminates the problem of over and under supply (one room near the pump is too warm, another room is cold).

Der hydraulische Abgleich nach den bekannten Regeln der Technik, nachfolgend als statischer hydraulischer Abgleich genannt, ist ein Abgleich der unterschiedlichen hydraulischen Verhältnisse für jeden Heizkörper bei den Auslegungsbedingungen bzw. Nennbetrieb. Beim statischen hydraulischen Abgleich werden Voreinstellungen (zusätzliche hydraulische Widerstände) an den günstigeren Thermostatventilen angebracht, damit durch den Heizkörper in der Nähe zur Pumpe weniger Volumenstrom strömt.The hydraulic balancing according to the known rules of the art, hereinafter referred to as static hydraulic balancing, is an adjustment of the different hydraulic conditions for each radiator in the design conditions or nominal operation. With static hydraulic balancing, pre-settings (additional hydraulic resistances) are applied to the lower-priced thermostatic valves so that less volume flow flows through the radiator near the pump.

Die Auslegungsbedingung ist z. B. für Heizkörper-Zweirohrheizung mit der Vorlauf-, /Rücklauftemperatur von 70/50°C bei dem Standort Berlin eine Außentemperatur von –14°C. Diese Auslegungsbedingung tritt selten im Laufe des Jahres auf. Bei den von der Auslegung abweichenden Bedingungen (z. B. Außentemperatur 5°C) arbeitet der Kessel im Teillastbetrieb. Der statische hydraulische Abgleich ist optimal für den Nennbetrieb, aber nicht für die anderen Betriebszustände im Teillastbetrieb.The design condition is z. B. for radiator two-pipe heating with the flow, / return temperature of 70/50 ° C at the location Berlin an outside temperature of -14 ° C. This design condition seldom occurs during the year. At conditions deviating from the design (eg outside temperature 5 ° C), the boiler operates in partial load operation. Static hydraulic balancing is optimal for rated operation, but not for the other operating conditions in partial load operation.

Sind Änderungen am Gebäude und/oder an der Heizungsanlagen vorgenommen (Einbau zusätzlicher Heizkörper, Dachfenster; nachträgliche Wärmedämmung an Fassade; Sollwertänderungen durch den Nutzer etc.), muss theoretisch der statische hydraulische Abgleich erneut durchgeführt werden. If changes have been made to the building and / or to the heating systems (installation of additional radiators, roof windows, subsequent thermal insulation on the façade, setpoint changes by the user, etc.), in theory the static hydraulic balancing must be carried out again.

Ein weiterer Nachteil von dem Verfahren des statischen hydraulischen Abgleichs besteht vor allem darin, dass durch die Voreinstellungen die Strömungsquerschnitte der Thermostatventile verkleinert werden. Somit entsteht die Gefahr der Verstopfung an den Thermostatventilen, falls sich Späne von Rohrleitungen, Armaturen, Heizkörpern, Kessel etc. auslösen bzw. von Reparaturarbeiten an der Heizungsanlage entstehen und diese Späne sammeln sich an den reduzierten Strömungsquerschnitten des Thermostatventils. Daraus folgt keine Strömung durch den Heizkörper mit verstopftem Thermostatventil. Der Nutzerkomfort wird somit nicht mehr gewährleistet.Another disadvantage of the method of static hydraulic balancing is, above all, that the flow cross sections of the thermostatic valves are reduced by the default settings. Thus, the risk of clogging of the thermostatic valves, if chips from pipes, fittings, radiators, boiler, etc. trigger or arise from repair work on the heating system and these chips accumulate at the reduced flow cross sections of the thermostatic valve. This means that there is no flow through the radiator with a clogged thermostatic valve. The user comfort is thus no longer guaranteed.

Ein Thermostatventil besteht aus dem Ventilunterteil und dem Thermostatkopf. Für den Durchfluss durch den Heizkörper sind sowohl der Ventilquerschnitt als auch der Ventilhub verantwortlich. Die Voreinstellung nach dem statischen hydraulischen Abgleich bedeutet eine Justierung des Ventilquerschnittes. Der Thermostatkopf bestimmt in Abhängigkeit der Raumtemperatur den Ventilhub.A thermostatic valve consists of the valve body and the thermostatic head. For the flow through the radiator, both the valve cross-section and the valve lift are responsible. The presetting after the static hydraulic adjustment means an adjustment of the valve cross-section. The thermostatic head determines the valve lift as a function of the room temperature.

Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass statt des Thermostatkopfes ein gesteuerter Motorantrieb zum Einsatz kommt. In dem Antrieb sind ein Temperatursensor zur Erfassung der Raumtemperatur, die Möglichkeit für die Eingabe der gewünschten Raumtemperatur (Sollwert) und ein PI Regler integriert. Der Temperatursensor erfasst die Raumtemperatur und stellt diese zur Verfügung. Der PI Regler berechnet anhand der Abweichung zwischen dem Sollwert und der tatsächlichen Raumtemperatur den aktuellen Ventilhub, mit dem der Motor die Spindel in die entsprechende Position versetzt.According to the prior art, it is known that a controlled motor drive is used instead of the thermostatic head. The drive incorporates a room temperature sensor, the possibility to enter the desired room temperature (setpoint) and a PI controller. The temperature sensor detects the room temperature and makes it available. Based on the deviation between the setpoint and the actual room temperature, the PI controller calculates the current valve lift at which the motor moves the spindle to the appropriate position.

Es gehört auch zum Stand der Technik, dass die Antriebe und eine Zentralen Regeleinheit (ZRE) kabelgebunden oder kabellos miteinander kommunizieren. Damit besteht die Möglichkeit, die Eingabe der Sollwerte sowohl an den Antrieben als auch an der Zentralen Einheit vorzunehmen.It also belongs to the state of the art that the drives and a central control unit (ZRE) communicate with each other by cable or wirelessly. This makes it possible to enter the setpoint values both on the drives and on the central unit.

Bei dem Verfahren nach der DE 10 2009 004 319 A1 werden die Merkmale des dynamischen und statischen hydraulischen Abgleichs dargestellt. Der dynamische hydraulische Abgleich ermöglicht eine kontinuierliche Anpassung der wechselnden hydraulischen Bedingungen im Heizsystem basierend auf der Wassertemperatur beim Austritt aus dem Heizkörper, die sogenannte Rücklauftemperatur. Dafür sind Sensoren zur Erfassung der Raumtemperatur und der Rücklauftemperatur erforderlich. Voraussetzung für eine erfolgreiche Durchführung des dynamischen hydraulischen Abgleichs ist, dass die gewünschte Rücklauftemperatur bekannt sein muss. Die gewünschte Rücklauftemperatur ergibt sich aus dem Verhältnis von der tatsächlichen Heizlast des Raumes zur installierten Heizkörperleistung bzw. zur Heizkörpergröße. Demzufolge ist die gewünschte Rücklauftemperatur für jeden einzelnen Heizkörper zu ermitteln. Weiterhin lässt sich für Bestandgebäude die Heizlast schwierig exakt berechnen, da die technischen Unterlagen z. B. verwendete Baustoffe, Schichtdicken und/oder der Wandaufbau etc. fehlen. Es gibt kein Informationsaustausch, also keine Abstimmung zwischen dem Kessel, der Pumpe und den Thermostatventilen. Das Verfahren setzt voraus, dass zum einen die zentrale Pumpe immer den erforderlichen Drucksprung zur Verfügung stellt und zum anderen der Kessel die richtige Vorlauftemperatur regelt.In the method of the DE 10 2009 004 319 A1 the characteristics of the dynamic and static hydraulic balancing are shown. The dynamic hydraulic balancing allows continuous adjustment of the changing hydraulic conditions in the heating system based on the water temperature at the exit from the radiator, the so-called return temperature. This requires sensors to detect the room temperature and the return temperature. The prerequisite for successful dynamic hydraulic balancing is that the desired return temperature must be known. The desired return temperature results from the ratio of the actual heating load of the room to the installed radiator output or radiator size. Consequently, the desired return temperature for each radiator is to be determined. Furthermore, it is difficult to accurately calculate the heating load for existing buildings, since the technical documents z. B. used building materials, layer thicknesses and / or the wall structure, etc. missing. There is no exchange of information, so there is no coordination between the boiler, the pump and the thermostatic valves. The procedure presupposes that on the one hand the central pump always provides the required pressure jump and on the other hand the boiler regulates the correct flow temperature.

Das Verfahren nach der DE 10 2010 056 373 A1 ermöglicht einen intergierten dynamischen Thermisch-Hydraulischen Abgleich. Dafür sind eine Dezentrale Regeleinheit, Zentrale Regeleinheit und Erfassung der umfangreichen Parameter (zentrale Parameter: Auslegungstemperatur, Heizkurve, Mindestmassestrom, Heizkurveneinstellung, Pumpeneinstellung; dezentrale Parameter: Innentemperatur-Soll, Normleistung, Exponent des Heizkreises, Mindestspreizung, Innentemperatur-Mindestabstand, Ventileinstellung) sowie zahlreiche Messwerte (zentral: Außentemperatur, Vorlauf- und Rücklauftemperatur am Wärmeerzeuger; dezentral: Innentemperatur, Rücklauf- und optional Vorlauftemperatur am Heizkreis) erforderlich. Die meisten genannten Parameter sind insbesondere bei Altbauten i. d. R. nicht bekannt.The procedure according to DE 10 2010 056 373 A1 allows integrated dynamic thermal-hydraulic balancing. This includes a decentralized control unit, central control unit and comprehensive parameters (central parameters: design temperature, heating curve, minimum mass flow, heating curve setting, pump setting, decentralized parameters: internal temperature setpoint, standard output, exponent of the heating circuit, minimum spread, internal minimum distance, valve setting) and numerous Measured values (central: outdoor temperature, flow and return temperature at the heat generator, decentralized: internal temperature, return and optional flow temperature at the heating circuit) required. Most of these parameters are usually not known, especially in old buildings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für einen Anlagenbetrieb zu ermöglichen, in dem der hydraulische Abgleich und die Pumpenleistung sowie die Regelung der Vorlauftemperatur vom Kessel fortlaufend in Abhängigkeit von den jeweiligen gegebenen Randbedingungen automatisch angepasst werden.The invention has for its object to provide a method for plant operation, in which the hydraulic balancing and the pump power and the control of the flow temperature of the boiler are continuously adjusted automatically depending on the given given boundary conditions.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage, wobei die Heizungsanlage ein zentrales Zweirohrheizsystem ist, wobei statt konventioneller Thermostatköpfe Motorantriebe eingesetzt sind, wobei eine Zentrale Regeleinheit, Motorantriebe, Kessel und Pumpe kabelgebunden oder kabellos miteinander kommunizieren, und wobei die Rohrnetzstruktur der Heizungsanlage sowie die dazugehörige hydraulische Widerstände bekannt sind, dadurch gelöst, dass anhand des aktuellen Wärmebedarfes zum einen die Ventilhübe begrenzt (dynamischer hydraulischer Abgleich) und zum anderen der zentrale Kessel und die zentrale Pumpe entsprechend angepasst werden.This object is achieved with a method for operating a heating system, wherein the heating system is a central Zweirohrheizsystem, instead of conventional thermostatic heads motor drives are used, with a central control unit, motor drives, boiler and pump wired or wireless communicate with each other, and wherein the pipe network structure of the heating system as well as the associated hydraulic resistances are known, achieved by using the current heat demand limited on the one hand the valve strokes (dynamic hydraulic balancing) and on the other hand, the central boiler and the central pump are adjusted accordingly.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die bekannte Rohrnetzstruktur und die dazugehörigen hydraulischen Widerstände sowie die Soll-Volumenströme für einzelne Heizkörper als eine Matrix in einer Zentralen Regeleinheit abgelegt werden. Der Motorantrieb sendet den aktuellen Ventilhub und den Temperatursollwert sowie die gemessene Raumtemperatur an die Zentrale Regeleinheit. Ein Algorithmus, der ebenfalls in der Zentralen Regeleinheit abgelegt ist, lassen sich anhand der Daten aus der Matrix sowie aus den Informationen, die von Motorantrieben zur Verfügung gestellt wurden, die oberen Grenzwerte der Ventilhübe, sogenannte Hubbegrenzung, berechnen. Die Zentrale Regeleinheit stellt die oberen Grenzwerte an den Motorantrieben zur Verfügung. Der im Motorantrieb integrierte PI Regler ermittelt aus der Regelabweichung den aktuellen Ventilhub, der von dem oberen Grenzwert begrenzt wird. Das bedeutet eine Begrenzung der K_V-Werte im Sinne des hydraulischen Abgleichs.According to the invention, it is provided that the known pipe network structure and the associated hydraulic resistances as well as the nominal volume flows for individual radiators are stored as a matrix in a central control unit. The motor drive transmits the current valve lift and the temperature setpoint as well as the measured room temperature to the central control unit. An algorithm, which is also stored in the central control unit, can be calculated from the data from the matrix as well as from the information provided by motor drives, the upper limit values of the valve lifts, so-called stroke limitation. The central control unit provides the upper limit values on the motor drives. The PI controller integrated in the motor drive determines the current valve lift from the control deviation, which is limited by the upper limit value. This means a limitation of the K _V values in the sense of hydraulic balancing.

Da die Ventilhübe von allen Heizkörpern in der Heizungsanlage auf die oberen Grenzwerte gleichzeitig begrenzt sind, werden alle Heizkörper bedarfsgerecht versorgt. Der ungünstigste Raum wird somit nicht mehr wie beim statischen hydraulischen Abgleich bevorzugt behandelt. Es besteht außerdem keine Verengung des Ventilquerschnittes durch Voreinstellungen und somit auch keine Verstopfungsgefahr in den Thermostatventilen.Since the valve lifts are limited by all radiators in the heating system to the upper limits simultaneously, all radiators are supplied as needed. The most unfavorable space is thus no longer treated preferentially as in static hydraulic balancing. There is also no narrowing of the valve cross-section due to default settings and thus no risk of clogging in the thermostatic valves.

Sobald sich ein oder mehrere Ventilhübe aufgrund der Wärmegewinne bzw. des Nutzereingriffes in geschlossener oder in nahezu geschlossener Stellung befinden, können sie so betrachtet werden, als ob die Heizkörper mit geschlossenen Ventilen nicht zum Rohrnetz der Heizungsanlage gehörten. Es entsteht somit eine neue Rohrnetzstruktur. Daraus lassen sich anhand der abgelegten Matrix bei geänderten Bedingungen die neuen Grenzen der Ventilhübe berechnen, sogenannter dynamischer hydraulischer Abgleich. Gleichzeitig kann die Pumpenleistung entsprechend reduziert werden, da aktuell weniger Heizkörper versorgt werden sollen als im Auslegungszustand.As soon as one or more valve lifts are in the closed or almost closed position due to the heat gains or the user intervention, they can be considered as if the radiators with closed valves did not belong to the pipe system of the heating system. This creates a new pipe network structure. Based on the stored matrix, the new limits of the valve lifts can be calculated under changed conditions, so-called dynamic hydraulic balancing. At the same time, the pump capacity can be correspondingly reduced, since currently fewer radiators are to be supplied than in the design state.

Mit anderen Worten ist ein Ventilhub größer als der obere Grenzwert nicht erlaubt, wobei der obere Grenzwert dynamisch in Abhängigkeit von gegebenen Randbedingungen ermittelt wird.In other words, a valve lift greater than the upper limit is not allowed, with the upper limit determined dynamically depending on given constraints.

Die oberen Grenzwerte der Ventilhübe werden aus den erforderlichen Soll-Volumenströmen bestimmt, welche sich wiederum von den Vorgaben wie Heizlast, installierte Heizkörperleistung berechnen lassen. Eine exakte Heizlastberechnung bei den Bestandgebäuden ist schwierig, da die Baukonstruktion der Wände, Fenster (Substanzen, Schichtdicken, stoffspezifischen Eigenschaften etc.) unbekannt sind. Weiterhin ergibt sich eine neue Heizlast bei Änderung des Raumtemperatur-Sollwertes, nachträglicher Wärmedämmung der Außenwand, Einbau eines neuen Dachfensters, Neuerung der Fenster, etc. Daraus folgt, dass die Soll-Volumenströme nicht korrekt sind.The upper limit values of the valve lifts are determined from the required nominal volume flows, which in turn can be calculated from the specifications such as heating load, installed radiator output. An exact calculation of the heating load on the existing buildings is difficult because the construction of the walls, windows (substances, layer thicknesses, substance-specific properties, etc.) are unknown. Furthermore, there is a new heat load when changing the room temperature setpoint, subsequent thermal insulation of the outer wall, installation of a new roof window, innovation of the windows, etc. It follows that the target volume flows are not correct.

Diese Erfindung ermöglicht die Korrekturen der Soll-Volumenströme und somit auch der dazugehörigen oberen Grenzwerte. Stehen z. B. beim Betriebswechsel von dem abgesenkten Betrieb in der Nacht zum Normalbetrieb in den frühen Morgenstunden, wo alle Räume relativ kalt sind, sämtliche Ventilhübe an den oberen Grenzwerten. Wären die ermittelten Soll-Volumenströme exakt, werden alle Räumen gleichzeitig warm. Demzufolge nähern sich die Raumtemperaturen an den Sollwerten und alle Ventilhübe befinden sich an den oberen Grenzwerten.This invention makes it possible to correct the nominal volume flows and thus also the associated upper limit values. Stand z. B. when changing from the lowered operation in the night to normal operation in the early morning hours, where all rooms are relatively cold, all valve strokes at the upper limits. If the determined nominal volume flows were exact, all rooms will be warm at the same time. As a result, the room temperatures are approaching the set points and all valve strokes are at the upper limits.

Ist der aktuelle Ventilhub viel kleiner als sein oberer Grenzwert bei Einhaltung des Sollwertes, während alle andere Ventilhübe an den oberen Grenzwerten bleiben (das Phänomen wiederholt sich bzw. besteht über einen längeren Zeitraum), bedeutet dass der Soll-Volumenstrom für den Heizkörper mit dem kleineren Ventilhub größer als nötig berechnet wurde. Daraufhin lässt sich der Soll-Volumenstrom für den betrachteten Heizkörper nach unten korrigieren, z. B. Verringerung um 5%.If the current valve lift is much smaller than its upper limit while maintaining the set point, while all other valve lifts remain at the upper limits (the phenomenon repeats or persists over a longer period of time), then the set volumetric flow for the radiator will be smaller Valve lift was calculated larger than necessary. Then, the target volume flow for the considered radiator can be corrected downwards, z. B. Reduction of 5%.

Bleibt ein Ventilhub an dem oberen Grenzwert und der Sollwert wird nicht eingehalten, während die Raumtemperaturen in übrigen anderen Räumen die Sollwerte erreichen, bedeutet, dass der Soll-Volumenstrom für den Heizkörper kleiner als erforderlich berechnet wurde. Demzufolge wird der Soll-Volumenstrom für den betreffenden Heizkörper nach oben z. B. um 5% erhöht.If a valve lift remains at the upper limit and the setpoint is not maintained while the room temperatures in other rooms reach the setpoints, this means that the set volume flow for the radiator has been calculated smaller than required. Consequently, the target volume flow for the relevant radiator upwards z. B. increased by 5%.

Mit den neuen Soll-Volumenströmen lassen sich die oberen Grenzwerte für alle Ventile sowie die Pumpenförderhöhe anhand der vorhandenen Rohrnetzstruktur erneut berechnen, da jede Korrektur eines Soll-Volumenstromes die Änderung des hydraulischen Verhaltens im gesamten System verursacht. Auf diese Weise werden anhand des thermischen Verhaltens von einzelnen Räumen die Soll-Volumenströme adaptiert, so dass am Ende in allen Räumen ein gleicher thermischer Komfort verfügbar ist.With the new target volume flows, the upper limit values for all valves and the pump delivery head can be recalculated on the basis of the existing pipe network structure, since any correction of a setpoint Flow causes the change in hydraulic behavior throughout the system. In this way, the nominal volume flows are adapted based on the thermal behavior of individual rooms, so that in the end in all rooms the same thermal comfort is available.

Die momentanen Ventilhübe (aktuelle Ventilstellungen) stellen den aktuellen Bedarf bzw. Anforderung von einzelnen Räumen dar, da die Ventilhübe die Resultate von der Regelabweichung zwischen Ist- und Solltemperatur repräsentieren. Überschreitet die Raumtemperatur den eingestellten Sollwert aufgrund der inneren Wärmegewinne, verringert sich der Ventilhub.The current valve lifts (current valve positions) represent the current demand or requirement of individual rooms, since the valve lifts represent the results of the control deviation between actual and setpoint temperatures. If the room temperature exceeds the set value due to internal heat gains, the valve lift will decrease.

Stehen alle Ventilhübe bei Positionen viel kleiner als die dazugehörigen oberen Grenzwerte und die Sollwerte sind eingehalten, liegt eine ausreichende Versorgung für das gesamte Gebäude vor. Tritt dieser Fall auf, kann die Vorlauftemperatur von der aktuellen Heizkurve um z. B. 3 K für einen Zeitraum von z. B. 30 Minuten abgesenkt werden. Nach dem Ablauf dieses Zeitraumes wird eine neue Entscheidung getroffen, ob die Vorlauftemperatur von der Heizkurve weiter reduziert wird oder wieder erhöht werden soll.If all the valve strokes at positions are much smaller than the corresponding upper limit values and the setpoints are adhered to, there is sufficient supply for the entire building. If this case occurs, the flow temperature of the current heating curve to z. B. 3 K for a period of z. B. be lowered for 30 minutes. After the expiry of this period, a new decision is made as to whether the flow temperature of the heating curve should be further reduced or increased again.

Liegen im Gegenteil alle Ventilhübe annähernd an den oberen Grenzwerten und unterschreiten die Raumtemperaturen gleichzeitig die Sollwerte, kann die Vorlauftemperatur angehoben werden. Damit erreichen die Raumtemperaturen schneller die Sollwerte. Das erhöht demzufolge den Nutzerkomfort.If, on the contrary, all the valve strokes are close to the upper limit values and the room temperatures fall below the setpoint values at the same time, the flow temperature can be raised. Thus, the room temperatures reach the setpoints faster. This increases the user comfort.

Die Heizkurve dient als Richtwert für die Adaption der Vorlauftemperatur. Die tatsächliche Vorlauftemperatur lässt sich in Abhängigkeit von den jeweiligen gegebenen Randbedingungen anpassen.The heating curve serves as a guideline for the adaptation of the flow temperature. The actual flow temperature can be adjusted depending on the given boundary conditions.

Diese Erfindung ermöglicht eine Absenkung der Vorlauftemperatur solange bis die Ventilhübe annähernd die oberen Grenzwerte annehmen. Dabei müssen die Temperatur-Sollwerte eingehalten werden. Die Reduzierung der Vorlauftemperatur bedeutet eine Erhöhung der Brennwertnutzung und gleichzeitig Verringerung der Wärmeverluste durch Strahlung, Konvektion etc., also Steigerung des Nutzungsgrads (effizienter Kesselbetrieb).This invention allows a reduction in the flow temperature until the valve strokes approximately reach the upper limits. The temperature setpoints must be observed. The reduction of the flow temperature means an increase in the calorific value utilization and at the same time reduction of the heat losses by radiation, convection etc., thus increasing the degree of utilization (efficient boiler operation).

Als weiterer Vorteil dieser Erfindung lässt sich die Aufheizzeit von jeden einzelnen Räumen ermitteln. Z. B. die Temperaturen aller Räume sollen ab 7:00 Uhr 20°C erreichen. Da jeder Raum unterschiedliche Aufheizzeit aufgrund der Raumgröße und der Raumgegebenheiten hat, soll die Aufheizzeit für jeden Raum bestimmt werden, in dem der Temperaturanstieg in der Vergangenheit herangezogen wird. Somit sind die Zeitkonstante und die Aufheizzeit für den betrachteten Raum berechenbar.As a further advantage of this invention, the heating time of each individual rooms can be determined. For example, the temperatures of all rooms should reach 20 ° C from 7:00. Since each room has a different heat-up time due to the room size and room conditions, the heating-up time should be determined for each room in which the temperature rise in the past is used. Thus, the time constant and the heating time for the considered space can be calculated.

Das vorzeitige Aufhören der Heizung kann aufgrund der bekannten Zeitkonstante des Raumes auch realisiert werden. Z. B. ein Raum soll bis 18:00 Uhr auf den konstanten Sollwert von 20°C geheizt werden, danach in abgesenktem Betrieb mit dem Sollwert von 17°C wechseln. Anhand der bekannten Raumzeitkonstante kann die Sollwert-Änderung schon um z. B. 19:45 Uhr vorgenommen werden.The premature cessation of the heating can also be realized due to the known time constant of the room. For example, a room should be heated up to 18:00 to the constant setpoint of 20 ° C, then in lowered mode with the setpoint of 17 ° C change. On the basis of the known space-time constant, the setpoint change can already by z. B. 19:45 clock be made.

Das Verfahren wurde beispielshaft anhand einer Heizungsanlage mit eingesetzten Thermostatventilen, Motorantrieben erläutert und wird aber nicht auf diese Anlage beschränkt. Das Funktionsprinzip gilt selbstverständlich auch bei Heizungsanlagen mit Fußbodenheizung, Flächenheizung, Flächenkühlung sowie bei den Kälte-, Kühl- und Lüftungsanlagen.The process has been exemplified by a heating system with thermostatic valves used, motor drives and is not limited to this system. Of course, the principle of operation also applies to heating systems with underfloor heating, surface heating, surface cooling as well as refrigeration, cooling and ventilation systems.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Heizungsanlage wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines vereinfachten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The inventive method for operating a heating system will be explained in more detail with reference to the drawing of a simplified embodiment.

Es zeigtIt shows

1 eine vereinfachte Darstellung einer konventionellen Zweirohrheizung mit 3 Heizkörpern 1 a simplified representation of a conventional two-pipe heating with 3 radiators

2 Darstellung des vereinfachten Beispiels in 1 aus strömungstechnischer Sicht 2 Representation of the simplified example in 1 from a fluidic point of view

3 K_V-Wert als Funktion des Ventilhubes 3 K _V value as a function of the valve lift

4 Kennlinie für die Voreinstellungsstufe 2,5 und der Arbeitspunkt für HK3 4 Characteristic for the pre-adjustment level 2.5 and the operating point for HK3

5 Arbeitspunkte AP1, AP2 und AP3 nach dem statischen hydraulischen Abgleich 5 Working points AP1, AP2 and AP3 after static hydraulic balancing

6 Ausführungsbeispiel für den effizienten Betrieb einer Heizungsanlage 6 Embodiment for the efficient operation of a heating system

7 Arbeitspunkte AP1', AP2 und AP3' nach dem dynamischen hydraulischen Abgleich 7 Working points AP1 ', AP2 and AP3' after the dynamic hydraulic adjustment

8 Arbeitspunkt AP1'' und AP3'' nach dem dynamischen hydraulischen Abgleich bei geschlossenem Ventil des Heizkörpers HK2 8th Working point AP1 '' and AP3 '' after the dynamic hydraulic balancing with closed valve of the radiator HK2

1 zeigt ein vereinfachtes Beispiel für eine konventionelle zentrale Zweirohrheizung mit einem Wärmeerzeuger WE, einer Vorlaufleitung VL, einer Rücklaufleitung RL, einer zentralen Pumpe (3), drei Heizkörpern HK1, HK2 und HK3 und Thermostatventilunterteil (1) sowie Thermostatkopf (2). 1 shows a simplified example of a conventional central two-pipe heating with a heat generator WE, a flow line VL, a return line RL, a central pump ( 3 ), three radiators HK1, HK2 and HK3 and thermostatic valve body ( 1 ) and thermostatic head ( 2 ).

Das Beispiel in 1 kann nun aus strömungstechnischer Sicht in 2 dargestellt werden. Dabei besteht der hydraulische Widerstand b_a aus den hydraulischen Teilwiderständen aller möglichen Rohrleitungen, Bögen, sowie des Wärmeerzeugers von dem Punkt D bis A in 1. Da das Rohrnetz symmetrisch ist, können die hydraulischen Teilwiderstände von den Strecken A → B und C → D (siehe 1) zu einem hydraulischen Widerstand b_b zusammengefasst werden. Der hydraulische Widerstand b₁ stellt sämtliche Widerstände von dem Punkt B entlang des Heizkörpers HK1 bis zu dem Punkt C in 1 dar. Analog sind b₂ der hydraulische Widerstand von B zu C über dem Heizkörper HK2 und b₃ der hydraulische Widerstand von A zu D über dem Heizkörper HK3.The example in 1 can now from a fluidic point of view 2 being represented. In this case, the hydraulic resistance b _a consists of the partial hydraulic resistances of all possible pipes, bends, as well as the heat generator from the point D to A in 1 , Since the pipe network is symmetrical, the partial hydraulic resistances of the lines A → B and C → D (see 1 ) are combined to form a hydraulic resistance b _b . The hydraulic resistor b ₁ provides all resistances from the point B along the radiator HK1 to the point C in 1 Similarly, b _{2 is} the hydraulic resistance from B to C above the heater HK 2 and b _{3 is} the hydraulic resistance from A to D above the heater HK3.

Voraussetzung für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Netztopologie und die dazugehörigen hydraulischen Widerstände b_a, b_b, b₁, b₂, b₃ bekannt sind. Es ergeben sich insgesamt 3 Maschen. Die erste Masche M1 besteht aus den Teilstrecken mit den Widerständen b_a, b_b und b₁; die zweite Masche M2 aus b_a, b_b und b₂; und die letzte Masche M3 aus b_a und b₃. Durch die Teilstrecke mit b_a fließt der Volumenstrom V ._a = V .₁ + V .₂ + V .₃ und es entsteht ein Druckverlust von Δp_a = b_a·V . 2 / a. A prerequisite for the execution of the method according to the invention is that the network topology and the associated hydraulic resistances b _a , b _b , b ₁ , b ₂ , b _{3 are} known. There are a total of 3 stitches. The first mesh M1 consists of the sections with the resistors b _a , b _b and b ₁ ; the second loop M2 from b _a , b _b and b ₂ ; and the last stitch M3 from b _a and b ₃ . Through the section with b _a flows the flow V. _a = V. ₁ + V. ₂ + V. ₃ and there is a pressure loss of Δp _a = b _a · V. 2 / a.

Die Abhängigkeit der Dichte des Mediums in Heizungsanlagen (meistens Wasser) von der Temperatur wird hier aufgrund der Vereinfachung nicht betrachtet. Schließlich lässt sich der gesamte Druckverlust von jeder Masche bestimmen, in dem die Druckverluste von den einzelnen Teilstrecken aufsummiert werden. ΣΔp_M1 = Δp_a + Δp_b + Δp₁ ΣΔp_M2 = Δp_a + Δp_b + Δp₂ ΣΔp_M3 = Δp_a + Δp₃ The dependence of the density of the medium in heating systems (mostly water) on the temperature is not considered here due to the simplification. Finally, the total pressure loss of each mesh can be determined, in which the pressure losses are summed up by the individual sections. ΣΔp _M1 = Δp _a + Δp _b + Δp ₁ ΣΔp _M2 = Δp _a + Δp _b + Δp ₂ ΣΔp _M3 = Δp _a + Δp ₃

Die Daten für einzelne Strecken sowie Maschen werden in der Matrix M abgelegt.

The data for individual routes and meshes are stored in the matrix M.

Im Zahlenbeispiel haben b_a und b_b den gleichen hydraulischen Widerstand von 0,2 Pa/(l/h)² sowie b₁, b₂ und b₃ den gleichen Wert von 0,6 Pa/(l/h)². Durch die Heizkörper HK1, HK2 und HK3 sollen folgende Soll-Volumenströme V .₁ = 50 l / h; V .₂ = 100 l / h und V .₃ = 30 l / h fließen. Daraus lässt sich der Druckverlust von jeder einzelnen Teilstrecke bestimmen, wobei V ._a = V .₁ + V .₂ + V .₃ und V ._b = V .₁ + V .₂ gelten. Es entsteht somit die Matrix M₀:

In the numerical example, b _a and b _{b have} the same hydraulic resistance of 0.2 Pa / (l / h) ² and b ₁ , b ₂ and b _{3 have} the same value of 0.6 Pa / (l / h) ² . The radiators HK1, HK2 and HK3 are intended to have the following set flow rates

V. ₁ = 50 l / h; V. ₂ = 100 l / h and V. ₃ = 30 l / h

flow. From this, the pressure loss of each individual section can be determined, wherein

V. _a = V. ₁ + V. ₂ + V. ₃

and

V. _b = V. ₁ + V. ₂

be valid. Thus, the matrix M ₀ arises:

Die Masche M1 hat den gesamten Druckabfall von 12480 Pa; die Masche M2 mit 16980 Pa und die Masche M3 mit 7020 Pa. Das bedeutet, dass die Masche M2 den größten Druckabfall hat.The mesh M1 has the total pressure drop of 12480 Pa; the mesh M2 with 16980 Pa and the mesh M3 with 7020 Pa. This means that the mesh M2 has the largest pressure drop.

Im Folgenden werden anhand des o. g. Beispiels in 1 und 2 drei unterschiedliche Fälle (Ohne Ausführung des statischen hydraulischen Abgleichs; Ausführung des statischen hydraulischen Abgleichs; Ausführung des dynamischen hydraulischen Abgleichs) zur Verdeutlichung des vorteilhaften erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.The following are based on the above example in 1 and 2 three different cases ( Without execution of static hydraulic balancing; Execution of static hydraulic balancing; Execution of dynamic hydraulic balancing) to illustrate the advantageous method of the invention explained.

Ohne Ausführung des statischen hydraulischen AbgleichsWithout execution of static hydraulic balancing

Wie oben erwähnt hat die Masche 2 den größten Druckabfall von 16980 Pa. Würde die Pumpe so eingestellt werden, dass sich ein Drucksprung (Förderhöhe) von 16980 Pa ergibt, dann verhält sich auf Grund des hydraulisch nicht abgeglichenen Systems die Hydraulik nach der Matrix M₁:

As mentioned above, the mesh 2 has the largest pressure drop of 16980 Pa. If the pump were set so that a pressure jump (delivery height) of 16980 Pa results, then the hydraulics according to the matrix M ₁ behaves due to the hydraulically unbalanced system:

Durch den Heizkörper HK1 und HK2 fließt jeweils ein Volumenstrom von 66 l/h und durch den Heizkörper HK3 von 101 l/h. Der Soll-Volumenstrom vom Heizkörper HK1 beträgt 50 l/h und wird in diesem Fall überversorgt. Durch den Heizkörper HK2 fließt ein Volumenstrom von etwas mehr als die Hälfte (66 l/h) des Soll-Volumenstroms von 100 l/h, wodurch eine Unterversorgung und somit Komforteinbußen resultieren. Der gewünschte Volumenstrom vom Heizkörper HK3 ist nur 30 l/h; tatsächlich aber 101 l/h, mehr als das Dreifache; eindeutige Überversorgung.Through the radiator HK1 and HK2 flows in each case a volume flow of 66 l / h and by the radiator HK3 of 101 l / h. The nominal volume flow from the radiator HK1 is 50 l / h and is over-supplied in this case. Through the HK2 radiator flows a volume flow of just over half (66 l / h) of the target volume flow of 100 l / h, resulting in a shortage and thus loss of comfort. The desired volume flow from radiator HK3 is only 30 l / h; but in fact 101 l / h, more than threefold; clear oversupply.

Da der statische hydraulische Abgleich insbesondere bei Bestandgebäuden schwierig ist, wird in der Praxis das Problem mit Unterversorgung durch die Einstellung höherer Pumpenleistung „gelöst”. Für den Beispielsfall musste die Pumpe eine Förderhöhe von 39000 Pa (ca. 3,9 mWS) bringen, um den Durchfluss für den Heizkörper HK2 von 100 l/h zu gewährleisten.

Since the static hydraulic balancing is difficult, especially in existing buildings, in practice, the problem with undersupply "solved" by the setting of higher pump performance. For the example case, the pump had to bring a head of 39000 Pa (about 3.9 mWS) to ensure the flow rate for the radiator HK2 of 100 l / h.

Aus der Matrix M₂ ist deutlich zu entnehmen, dass der tatsächliche Durchfluss durch den Heizkörper HK1 doppelt so viel wie erforderlich ist. Außerdem fließt ein 5-facher Volumenstrom 153 l/h (im Vergleich zum Sollwert 30 l/h) durch den Heizkörper HK3. Eine überwältigende Überversorgung im Raum mit dem Heizkörper HK3 führt dazu, dass das Thermostatventil schnell gedrosselt wird. Das bedeutet, dass über dieses Thermostatventil ein enormer Druck abgebaut wird. Dies verursacht unangenehme akustische Geräusche.From the matrix M _{2 it} can be clearly seen that the actual flow through the radiator HK1 is twice as much as required. In addition, a 5-fold flow rate 153 l / h (compared to the setpoint 30 l / h) flows through the radiator HK3. An overwhelming over-supply in the room with the radiator HK3 causes the thermostatic valve to be throttled quickly. This means that this thermostatic valve, an enormous pressure is reduced. This causes unpleasant acoustic noises.

Ohne Ausführung eines statischen hydraulischen Abgleichs und gleichzeitiger Erhöhung der Pumpenleistung resultieren zum einen eine unnötige Verschwendung des Energieverbrauches für den Pumpenbetrieb und zum anderen Geräuschentstehung an den Thermostatventilen.Without performing a static hydraulic balancing and at the same time increasing the pumping capacity, there is an unnecessary waste of energy consumption for pump operation and, secondly, generation of noise at the thermostatic valves.

Ausführung des statischen hydraulischen AbgleichsExecution of static hydraulic balancing

Die Differenz aus dem größten Druckabfall (in diesem Fall die Masche M2) zu dem Druckabfall der jeweilig betrachteten Masche entspricht dem Druckverlust, der durch die Voreinstellung des Thermostatventils eingebracht werden soll. Damit hat jede Masche den gleichen Druckverlust von 16980 Pa. Mit anderen Worten erzeugt die Voreinstellung des Thermostatventils einen zusätzlichen Druckverlust von 4500 Pa (= 16980 – 12480) für die Masche M1 und 9960 Pa (= 16980 – 7020) für die Masche M3. Für die Masche M2 ist keine Voreinstellung erforderlich.The difference between the largest pressure drop (in this case the mesh M2) to the pressure drop of the respective considered mesh corresponds to the pressure loss to be introduced by the presetting of the thermostatic valve. Thus each mesh has the same pressure loss of 16980 Pa. In other words, the presetting of the thermostatic valve creates an additional pressure drop of 4500 Pa (= 16980 - 12480) for the mesh M1 and 9960 Pa (= 16980 - 7020) for the mesh M3. For the mesh M2 no presetting is required.

Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Druckverluste von den 3 Maschen M1, M2 und M3 immer gleich sind (siehe Matrizen M₁ und M₂). Die Abweichungen zwischen den Ist-Volumenströmen zu den Sollwerten sind recht unterschiedlich.It should be noted at this point that the pressure losses of the 3 meshes M1, M2 and M3 are always the same (see matrices M ₁ and M ₂ ). The deviations between the actual volume flows to the setpoints are quite different.

Die Aufgabe besteht nun darin, die Voreinstellung zu bestimmen, durch die ein Druckabfall entsteht, der dem o. g. erforderlichen zusätzlichen Druckverlust über dem Thermostatventil entspricht. Dazu sind die technischen Spezifikationen zu dem verwendeten Thermostatventil sowie Thermostatkopf notwendig. Für die nachfolgende Ausführung werden das Danfoss Ventil RA-N 10 und der Thermostatkopf (Fühler) RA 2000 mit den in Tabelle unten enthaltenen technischen Daten genommen. Danfoss Ventilgehäuse Typ RA-N 10 mit Fühler RA 2000 Voreinstellung X_p [K] K_v [m³/h] K_vS [m³/h] N 2 0.56 0.65 N 1 0.34 0.65 7 2 0.42 0.5 7 1 0.28 0.5 6 2 0.38 0.41 6 1 0.27 0.41 5 2 0.32 0.34 5 1 0.23 0.34 4 2 0.25 0.25 4 1 0.21 0.25 3 2 0.16 0.16 3 1 0.14 0.16 2 2 0.09 0.09 2 1 0.09 0.09 1 2 0.04 0.04 1 1 0.04 0.04 The task now is to determine the default, through which a pressure drop arises, which corresponds to the above-mentioned additional pressure loss above the thermostatic valve. This requires the technical specifications for the thermostatic valve and thermostatic head used. For the following version, the Danfoss valve RA-N 10 and the thermostatic head (probe) RA 2000 are taken with the technical data given in the table below. Danfoss valve body type RA-N 10 with sensor RA 2000 default _Xp [K] K _v [m ³ / h] K _vS [m ³ / h] N 2 12:56 0.65 N 1 12:34 0.65 7 2 12:42 0.5 7 1 12:28 0.5 6 2 12:38 12:41 6 1 12:27 12:41 5 2 12:32 12:34 5 1 12:23 12:34 4 2 12:25 12:25 4 1 12:21 12:25 3 2 12:16 12:16 3 1 12:14 12:16 2 2 12:09 12:09 2 1 12:09 12:09 1 2 12:04 12:04 1 1 12:04 12:04

Für den Auslegungsfall wird der Proportionalbereich (P-Band) von 2 K, also X_p = 2 K gewählt. Damit beträgt der K_V-Wert des Ventils für den Heizkörper HK2 ohne Voreinstellung 560 l/h (0,56 m³/h). Der Zusammenhang zwischen dem Druckabfall über das Ventil Δp [Pa], dem Soll-Volumenstrom [l/h] und dem K_V-Wert des Ventils [l/h] lautet:

bzw.

Daraus folgt der Druckabfall über das Thermostatventil vom Heizkörper HK2 von 3189 Pa beim Auslegungsfall mit K_V = 560 l/h und V . = 100 l/h.For the design case, the proportional band (P band) of 2 K, ie X _p = 2 K, is selected. Thus, the K _V value of the valve for the radiator HK2 without presetting 560 l / h (0.56 m ³ / h). The relationship between the pressure drop across the valve Δp [Pa], the nominal flow rate [l / h] and the K _V value of the valve [l / h] is:

respectively.

From this follows the pressure drop over the thermostatic valve of the radiator HK2 of 3189 Pa in the design case with K _V = 560 l / h and V. = 100 l / h.

Der ausgewählte Arbeitspunkt (K_V = 560 l/h, X_p = 2 K und Voreinstellungsstufe N) für das Ventil am Heizkörper HK2 beim Auslegungsfall entspricht einem Ventilhub von 50% (siehe 3). Das bedeutet, dass beim Auftreten der Auslegungsbedingungen der stationäre Arbeitspunkt einem Hub von 50% entspricht. Der Ventilhub bewegt sich selbstverständlich frei und ergibt sich aus der Abweichung von der tatsächlichen Raumtemperatur zu dem Sollwert. Größere Ventilhübe kommen häufig beim Wechsel vom abgesenkten zum normalen Heizbetrieb in den frühen Morgenstunden vor. Zu diesem Zeitpunkt betragen z. B. die Raumtemperatur 16°C und die Solltemperatur 20°C. Es ergibt sich somit eine Regelabweichung von 4 K und ein Hub von nahezu 100% (siehe 3).The selected operating point (K _V = 560 l / h, X _p = 2 K and presetting level N) for the valve on the radiator HK 2 in the design case corresponds to a valve lift of 50% (see 3 ). This means that when the design conditions occur, the stationary operating point corresponds to a stroke of 50%. Of course, the valve lift moves freely and results from the deviation from the actual room temperature to the setpoint. Larger valve lifts often occur when switching from lowered to normal heating in the early morning hours. At this time, for. For example, the room temperature is 16 ° C and the set temperature is 20 ° C. This results in a control deviation of 4 K and a stroke of almost 100% (see 3 ).

In 3 entspricht ein P-Band X_p = 4 K einem Ventilhub von ca. 100%. Das liegt daran, dass der verwendete Fühler (Thermostatkopf) RA 2000 einen gesamten Arbeitsbereich von 4 K hat. Das bedeutet, dass bei einer Änderung der Regelabweichung von 0 bis 4 K der Fühler RA 2000 den gesamten verfügbaren Hubbereich 0 bis 100% annimmt. Mit anderen Worten hat jeder Fühler einen eigenen Arbeitsbereich (herstellerabhängig) und das soll bei der Auswahl berücksichtigt werden.In 3 corresponds to a P-band X _p = 4 K a valve lift of about 100%. This is because the used probe (Thermostatic Head) RA 2000 has a total operating range of 4K. This means that if the control deviation changes from 0 to 4 K, the RA 2000 sensor will take on the entire available stroke range 0 to 100%. In other words, each sensor has its own work area (manufacturer-dependent) and this should be taken into account in the selection.

Aus der Beziehung

lässt sich der hydraulische Widerstand des Ventils ohne Voreinstellung bestimmen:

From the relationship

the hydraulic resistance of the valve can be determined without presetting:

Für die Masche M1 soll ein zusätzlicher Druckabfall von 4500 Pa über das Ventil aufgebracht werden. Der Soll-Volumenstrom durch den Heizkörper HK1 beträgt 50 l/h. Somit ergibt sich der zusätzlich eingebaute hydraulische Widerstand

For mesh M1, an additional pressure drop of 4500 Pa should be applied through the valve. The nominal volume flow through the radiator HK1 is 50 l / h. This results in the additionally installed hydraulic resistance

Die hydraulischen Widerstände b_Ventil und b_zus,1 sind in Reihe geschaltet und es gilt: b_Ventil,1 = b_Ventil + b_zus,1 = 2,119 Pa/(l/h)² The hydraulic resistors b _valve and b _{zus, 1} are connected in series and the following applies: b _{valve, 1} = b _valve + b _{additional, 1} = 2,119 Pa / (l / h) ²

Da die Ventiltypen in allen drei Heizkörpern HK1, HK2 und HK3 identisch sind, ist deshalb der hydraulische Widerstand des Ventils ohne Voreinstellung (b_Ventil) für alle drei Heizkörper gleich.Since the valve types in all three radiators HK1, HK2 and HK3 are identical, therefore, the hydraulic resistance of the valve without default (b _valve ) is the same for all three radiators.

Der K_V-Wert für das Ventil am Heizkörper HK1 bestimmt sich zu:

Mit K_v-Wert von 0,217 m³/h ergibt sich die Voreinstellungsstufe 4. Aus der linearen Interpolation der Stützpunkte von der Voreinstellungsstufe 4 ergibt sich X_p = 1,18 K, welches einem Ventilhub von 29,5% entspricht.The K _V value for the radiator valve HK1 is determined by:

With K _v value of 0.217 m ³ / h results in the default setting 4. From the linear interpolation of the bases of the default setting 4 results X _p = 1.18 K, which corresponds to a valve lift of 29.5%.

Analog gilt für die Masche M3:

b_Ventil,3 = b_Ventil + b_zus,3 = 11,389 Pa/(l/h)². Daraus folgt

The same applies to the mesh M3:

b _{valve, 3} = b _valve + b total _{, 3} = 11.389 Pa / (l / h) ² . It follows

Der K_V-Wert von 0,094 m³/h liegt knapp über dem Endwert der Voreinstellungsstufe 2 (0,09 m³/h. Es besteht für das Ventil Danfoss RA-N 10 physikalisch die Möglichkeit, die Stufe 2,5 (zwischen 2 und 3) zu wählen. Daher wird eine Kennlinie für die Stufe 2,5 näherungsweise als arithmetischer Mittelwert aus den Stufen 2 und 3 erstellt (siehe 4).The K _V value of 0.094 m ³ / h is just above the final value of pre-adjustment level 2 (0.09 m ³ / h). The valve Danfoss RA-N 10 has the possibility to physically reach the level 2.5 (between 2 Therefore, a characteristic curve for the step 2.5 is approximated as an arithmetic mean from the steps 2 and 3 (see 4 ).

Mit dem K_V-Wert von 94 l/h ergibt sich ein X_p,3 von 0,81 K sowie einen Ventilhub von 20,4% (siehe 4).With the K _V value of 94 l / h results in an X _{p, 3} of 0.81 K and a valve lift of 20.4% (see 4 ).

Die Ergebnisse des statischen hydraulischen Abgleichs sind dargestellt in folgender Tabelle: Heizkörper K_V-Wert Voreinstellung Xp [K] Hub [%] 1 217 4 1,18 29,5 2 560 N 2,0 50 3 94 2,5 0,81 20,4

The results of the static hydraulic balancing are shown in the following table:

radiator K _V value default Xp [K] Hub [%] 1 217 4 1.18 29.5 2 560 N 2.0 50 3 94 2.5 0.81 20.4

Die in 5 dargestellten Arbeitspunkte entsprechend den Betriebspunkten beim Eintreten der Auslegungsbedingungen. Wie oben bereits erwähnt, gibt es bei den herkömmlichen Thermostatköpfen (Fühlern) keine Möglichkeit zur Begrenzung der Ventilhübe. Physikalisch bewegen sich die Ventilhübe in Abhängigkeit von dem Raumtemperatur-Istwert zum Sollwert von 0 bis 100%. Beim Wechsel vom abgesenkten zum normalen Heizbetrieb in den frühen Morgenstunden, wobei die Raumtemperatur von z. B. 16°C und die Solltemperatur 20°C betragen, ergibt sich eine Regelabweichung von 4 K. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Ventile offen bzw. 100% geöffnet. Das heißt, die K_V- und K_vS-Werte (Endpunkte von den charakteristischen Kurven der einzelnen Voreinstellungsstufen siehe 5) zusammenfallen. Da das Verhältnis vom K_vS-Wert zum K_V-Wert für das Ventil am Heizkörper HK2 am größten ist, bedeutet, dass der Raum mit dem Heizkörper HK2 schneller warm wird als die anderen Räume mit HK1 und HK3. Somit wird der Arbeitspunkt AP2 (5) schneller erreicht. Mit anderen Worten lässt sich der ungünstigste Raum (im Beispiel der Heizkörper HK2) nach dem statischen hydraulischen Abgleich bevorzugt behandeln.In the 5 shown operating points corresponding to the operating points when the design conditions. As mentioned above, with the conventional thermostatic heads (sensors) there is no possibility of limiting the valve strokes. Physically, the valve lifts move in accordance with the actual room temperature to the setpoint from 0 to 100%. When changing from the lowered to the normal heating operation in the early morning hours, the room temperature of z. B. 16 ° C and the target temperature 20 ° C, results in a control deviation of 4 K. At this time, all valves are open or 100% open. That is, see the K _V and K _vS values (endpoints of the characteristic curves of the individual preset levels 5 ) coincide. Since the ratio of the K _vS value to the K _V value for the valve at the radiator HK2 is greatest, the space with the radiator HK2 warms up faster than the other rooms with HK1 and HK3. Thus, the operating point AP2 ( 5 ) reached faster. In other words, the most unfavorable space (in the example of the radiator HK2) can preferably be treated after the static hydraulic adjustment.

Teillastverhalten nach dem statischen hydraulischen AbgleichPart load behavior after static hydraulic balancing

Die Heizungsanlagen werden für den Auslegungspunkt bei einer Außentemperatur je nach Gebiet in Deutschland von –10°C (bis –16°C) und ohne Sonnenstrahlung, ohne innere Wärmegewinne im Raum sowie ohne Wärmeabgaben von Beleuchtung, Maschinen, Personen (worst case) dimensioniert. Die Betriebsstunden der Heizungsanlagen sind je nach Gebäudetyp und Gebiet schätzungsweise zwischen 3000 und 6000 Stunden im Jahr. Über 95% der Betriebsstunden sind Teillastbetrieb, von dem Auslegungspunkt verschieden. Das bedeutet, dass die Methode des statischen hydraulischen Abgleichs optimal für den Auslegungspunkt ist, aber nicht für alle anderen Betriebspunkte im Teillastbetrieb. Die Voreinstellungen nach dem statischen hydraulischen Abgleich bedeuten das Anbringen der zusätzlichen Widerstände in einzelnen Thermostatventilen, die für die ganze Betriebsdauer in der Heizungsanlage bleiben und auch nicht für alle Betriebspunkte immer erforderlich und sinnvoll sind. Änderung der Randbedingungen verursacht ein unterschiedliches hydraulisches Verhalten im gesamten Rohrnetz von Heizungsanlagen.The heating systems are dimensioned for the design point at an outside temperature depending on the area in Germany from -10 ° C (to -16 ° C) and without solar radiation, without internal heat gains in the room and without heat emissions of lighting, machines, people (worst case). The operating hours of the heating systems are estimated to be between 3000 and 6000 hours per year, depending on the type of building and the area. Over 95% of the operating hours are part load operation, different from the design point. This means that the method of static hydraulic balancing is optimal for the design point, but not for all other operating points in part load operation. The presettings after the static hydraulic adjustment mean that the additional resistors are mounted in individual thermostatic valves which remain in the heating system for the entire operating time and are not always necessary and useful for all operating points. Changing the boundary conditions causes a different hydraulic behavior in the entire pipe network of heating systems.

Liegen z. B. hohe Solarstrahlung und innere Wärmegewinne oder ein Nutzereingriff vor, dass das Ventil am Heizkörper HK2 geschlossen wird. Daraus entsteht die neue Rohrnetzstruktur nur noch aus 2 Heizkörpern HK1 und HK3.Lying z. As high solar radiation and internal heat gains or user intervention before that the valve is closed on the radiator HK2. This results in the new pipe network structure only from 2 radiators HK1 and HK3.

Da durch den Heizkörper HK2 kein Volumenstrom mehr fließt, reduziert sich der Druckverlust im gesamten Rohrnetz. Falls die Förderhöhe für diesen Fall weiterhin mit dem Wert von 16980 Pa festgehalten wird, ergibt sich ein Volumenstrom von 75 l/h (1,5 fache) für den Heizkörper HK1 und 35 l/h für den Heizkörper HK3 (siehe Matrix M₄).

Since no volume flow flows through the radiator HK2, the pressure loss in the entire pipe network is reduced. If, in this case, the delivery head continues to be held at 16980 Pa, the volume flow is 75 l / h (1.5 times) for radiator HK1 and 35 l / h for radiator HK3 (see matrix M ₄ ). ,

Die Voreinstellungen der Ventile für den Heizkörper HK1 und HK3 sind geblieben, die für diese neue Situation eindeutig nicht mehr optimal sind. Für das Ventil am Heizkörper HK1 wäre die Voreinstellung nicht mehr erforderlich. Würde der statische hydraulische Abgleich für das Rohrnetz aus 2 Heizkörpern HK1 und HK3 erneut durchgeführt, ergäben sich die Ergebnisse in Matrix M₅ und Tabelle unten. Dabei bräuchte die Pumpe statt einem Drucksprung von 16980 Pa nur noch 3280 Pa zu fördern, um eine ausreichende Versorgung zu gewährleisten (siehe Matrix M₅).

Heizkörper K_v-Wert [l/h] Voreinstellung Xp [K] Hub [%] 1 560 N 2,0 50 2 - - 0 0 3 227 4 1,42 35,6

The default settings of the valves for radiator HK1 and HK3 have remained, which are clearly no longer optimal for this new situation. For the valve on the radiator HK1 the default setting would no longer be required. If the static hydraulic balancing for the pipe network were repeated using 2 radiators HK1 and HK3, the results would be found in Matrix M ₅ and the table below. Instead of a pressure jump of 16980 Pa, the pump would only need to deliver 3280 Pa to ensure adequate supply (see Matrix M ₅ ).

radiator K _v value [l / h] default Xp [K] Hub [%] 1 560 N 2.0 50 2 - - 0 0 3 227 4 1.42 35.6

Falls die Ventile an den Heizkörpern HK1 und HK2 zugeschlossen sind und von dem Heizkörper HK3 eine Wärmeanforderung besteht, dann betrage die notwendige Förderhöhe nur noch 720 Pa. In diesem Fall wäre keine Voreinstellung für das Ventil am Heizkörper HK3 notwendig.

Heizkörper K_v-Wert [l/h] Voreinstellung Xp [K] Hub [%] 1 - - 0 0 2 - - 0 0 3 560 N 2,0 50

If the valves on the radiators HK1 and HK2 are closed and there is a heat demand from the radiator HK3, then the necessary delivery height would be only 720 Pa. In this case, no default setting for the valve on the radiator HK3 would be necessary.

radiator K _v value [l / h] default Xp [K] Hub [%] 1 - - 0 0 2 - - 0 0 3 560 N 2.0 50

Zusammenfassend sind zusätzlich eingebaute Widerstände nach dem Verfahren des statischen hydraulischen Abgleichs optimal für den Auslegungszustand, aber nicht für die anderen Betriebszustände im Teillastbetrieb. Die zusätzlich eingebauten Widerstände verursachen unnötige Druckverluste im Teillastbetrieb und somit mehr elektrischen Energieverbrauch für den Pumpenbetrieb.In summary, built-in resistors according to the method of static hydraulic balancing are optimal for the design state, but not for the other operating conditions in partial load operation. The additional built-in resistors cause unnecessary pressure losses in partial load operation and thus more electrical energy consumption for pump operation.

Bei den Arbeitspunkten AP1, AP2 und AP3 in 5 handelt es sich um die stationären Betriebspunkte beim Eintreten der Auslegungsbedingungen. Beim statischen hydraulischen Abgleich werden durch die manuellen Voreinstellungen die Durchflusswerte (K_V-Werte) von einzelnen Ventilen begrenzt. Die tatsächlichen Arbeitspunkte von jedem einzelnen Ventil bewegen sich auf der charakteristischen Kennlinie der entsprechenden Voreinstellungsstufe.At the operating points AP1, AP2 and AP3 in 5 these are the stationary operating points when the design conditions occur. With static hydraulic balancing, the manual presettings limit the flow values (K _V values) of individual valves. The actual operating points of each individual valve move on the characteristic curve of the corresponding preset level.

Ausführung des dynamischen hydraulischen AbgleichsExecution of dynamic hydraulic balancing

Statt der herkömmlichen Thermostatköpfe (Fühler) kommen nun die elektrischen Heizkörper-Motorantriebe (2a) zum Einsatz (siehe 6). Der Motorantrieb ermöglicht, den Ventilhub physikalisch genau anzusteuern bzw. zu begrenzen. Um z. B. den Durchfluss K_V-Wert von dem Thermostatventil am Heizkörper HK1 (7) auf 217 l/h zu begrenzen, wird statt der manuellen Voreinstellungsstufe 4 der Ventilhub mit der charakteristischen Kurve der Voreinstellungsstufe N (ohne Voreinstellung) auf den oberen Grenzwert von 16% gesetzt. Der Arbeitspunkt AP1 auf der Voreinstellungsstufe 4 mit einem Ventilhub von 29,5% wandelt sich zu AP1' auf der Voreinstellungsstufe N (7). Der im Heizkörper-Antrieb integrierte PI-Regler berechnet anhand der Regelabweichung von dem Raumtemperatur-Istwert und dem -Sollwert den erforderlichen Ventilhub, der von dem oberen Grenzwert begrenzt wird. Das bedeutet, dass sich der tatsächliche Ventilhub innerhalb des Arbeitsbereiches zwischen 0 und dem oberen Grenzwert bewegt. Das o. g. Beispiel des Betriebswechsels von der abgesenkten zur normalen Heizung soll den Sachverhalt verdeutlichen. In den frühen Morgenstunden betragen die Raumtemperatur 16°C und die Solltemperatur 20°C. Der PI-Regler berechnet aus der vorliegenden Regelabweichung den erforderlichen Ventilhub von 100%. Da der berechnete Ventilhub größer als der obere Grenzwert von 16% ist, wird der Ventilhub den Wert 16% annehmen. Mit anderen Worten sind die Ventilhübe größer als der obere Grenzwert nicht erlaubt, wobei der obere Grenzwert dynamisch in Abhängigkeit von gegebenen Randbedingungen ermittelt wird.Instead of the conventional thermostatic heads (sensors) now come the electric radiator motor drives ( 2a ) are used (see 6 ). The motor drive makes it possible to precisely control or limit the valve lift. To z. B. the flow K _V value of the thermostatic valve on the radiator HK1 ( 7 ) to 217 l / h, instead of the manual pre-adjustment stage 4, the valve lift is set to the upper limit of 16% with the characteristic curve of the pre-adjustment stage N (without presetting). The operating point AP1 at the presetting level 4 with a valve lift of 29.5% changes to AP1 'at the presetting level N (FIG. 7 ). The PI controller integrated in the radiator drive uses the control deviation from the room temperature actual value and the setpoint value to calculate the required valve lift, which is limited by the upper limit value. This means that the actual valve lift within the working range is between 0 and the upper limit. The above example of the change of operation from the lowered to the normal heating is intended to clarify the facts. In the early morning hours, the room temperature is 16 ° C and the target temperature is 20 ° C. The PI controller calculates the required valve lift of 100% from the existing control deviation. Since the calculated valve lift is greater than the upper limit of 16%, the valve lift will be 16%. In other words, the valve lifts are greater than the upper limit not allowed, the upper limit is determined dynamically depending on given boundary conditions.

Ähnlich wird der Ventilhub für den Heizkörper HK3 auf den oberen Grenzwert von 6,9% gesetzt (7). Daraus ergibt sich der neue Arbeitspunkt AP3' auf der Voreinstellungsstufe N. Da der obere Grenzwert für den Heizkörper HK2 bereits auf der Voreinstellungsstufe N liegt, sind deshalb der Arbeitspunkt AP2' und AP2 identisch.Similarly, the valve lift for radiator HK3 is set to the upper limit of 6.9% ( 7 ). This results in the new operating point AP3 'at the preset level N. Since the upper limit for the radiator HK2 is already at the preset level N, therefore, the operating point AP2' and AP2 are identical.

Nun liegen die Arbeitspunkte auf der Voreinstellungsstufe N. Deshalb sind die manuellen Voreinstellungen nicht mehr erforderlich. Die erforderliche Förderhöhe von 16980 Pa, welche die zentrale Pumpe aufbringen soll, bleibt erhalten.Now the operating points are at preset level N. Therefore, the manual presets are no longer required. The required delivery height of 16980 Pa, which is to apply the central pump, is maintained.

Tritt die Situation ein, bei dem z. B. das Ventil am Heizkörper HK2 aufgrund der Wärmegewinne bzw. Nutzerangriff geschlossen ist, besteht die Versorgung der Anlage nur für die Heizkörper HK1 und HK3. Anhand der vorhandenen Netzstruktur (2) mit den bekannten hydraulischen Widerstanden (b_a, b_b, b₁, b₂, b₃) und den erforderlichen Soll-Volumenströmen V .₁ = 50 l / h und V .₃ = 30 l / h können mit Hilfe des in der Zentralen Regeleinheit (ZRE) abgelegten Algorithmus die Durchflusswerte K_V-Werte (K_V,1 = 560 l/h; K_V,3 = 227 l/h) sowie die erforderliche Förderhöhe von 3280 Pa berechnet werden. Aus den neuen K_V-Werten lassen sich die entsprechenden oberen Grenzwerte (8) erneut bestimmen. Der neue obere Grenzwert des Ventilhubs für den Heizkörper HK1 beträgt nun 50%; der für den Heizkörper HK3 liegt bei 16,7%. Die Arbeitspunkte AP1' und AP3' verändern sich von der Voreinstellungsstufe N zu AP1'' und AP3'' (siehe 8).Occurs the situation, in which z. B. the valve on the radiator HK2 is closed due to the heat gains or user attack, the supply of the system only for the radiator HK1 and HK3. Based on the existing network structure ( 2 ) with the known hydraulic resistances (b _a , b _b , b ₁ , b ₂ , b ₃ ) and the required nominal volume flows V. ₁ = 50 l / h and V. ₃ = 30 l / h With the aid of the algorithm stored in the central control unit (ZRE), the flow values K _V values (K _{V, 1} = 560 l / h, K _{V, 3} = 227 l / h) and the required delivery head of 3280 Pa can be calculated. From the new K _V values, the corresponding upper limit values ( 8th ) again. The new upper limit of the valve lift for radiator HK1 is now 50%; for the radiator HK3 is 16.7%. The operating points AP1 'and AP3' change from the presetting level N to AP1 '' and AP3 '' (see 8th ).

Sind die Ventile am Heizkörper HK1 und HK2 geschlossen, kann es so betrachtet werden, als ob die Heizungsanlage nur aus einem einzigen Heizkörper HK3 bestehe. Die für diesen Fall berechnete Pumpenförderhöhe beträgt nur noch 720 Pa.If the valves on radiator HK1 and HK2 are closed, it can be considered as if the heating system consists of only one radiator HK3. The pump delivery height calculated for this case is only 720 Pa.

Das o. g. Beispiel zeigt, dass es bei beliebigen Randbedingungen immer ein hydraulisch ungünstigstes Ventil im gesamten System gibt, das einen festdefinierten maximalen Wert (im Beispiel 50%) als oberen Grenzwert einnimmt. Die übrigen oberen Grenzwerte sind somit kleiner als der festdefinierte maximale Wert. Der maximale Wert kann zwischen Null und 100% festgelegt werden.The o. G. Example shows that for any boundary conditions, there is always one hydraulically least favorable valve in the entire system, which assumes a fixed maximum value (50% in the example) as the upper limit. The other upper limit values are thus smaller than the fixed-defined maximum value. The maximum value can be set between zero and 100%.

Da die Ventilhübe von allen Heizkörpern in der Heizungsanlage auf den oberen Grenzwerten gleichzeitig begrenzt sind (AP1'; AP2' und AP3' in 7), werden alle Heizkörper bedarfsgerecht versorgt. Der ungünstigste Raum wird somit nicht mehr wie beim statischen hydraulischen Abgleich bevorzugt behandelt. Es besteht außerdem keine Verengung des Ventil-Querschnittes durch manuelle Voreinstellungen und somit auch keine Verstopfungsgefahr in den Thermostatventilen.Since the valve strokes of all radiators in the heating system are limited to the upper limit values at the same time (AP1 ';AP2' and AP3 'in 7 ), all radiators are supplied as needed. The most unfavorable space is thus no longer treated preferentially as in static hydraulic balancing. There is also no narrowing of the valve cross-section due to manual presetting and thus no risk of clogging in the thermostatic valves.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motorantriebe und die Zentrale Regeleinheit sowie der Wärmeerzeuger kabelgebunden oder kabellos miteinander kommunizieren. Die Rohrnetzstruktur, die hydraulischen Widerstände und die Soll-Volumenströme werden als Matrix in der Zentralen Regeleinheit abgelegt. Der Motorantrieb stellt die erfasste Raumtemperatur, die Solltemperatur und den aktuellen Ventilhub (Rauminformation) der Zentralen Regeleinheit zur Verfügung. Das erfindungsgemäße Verfahren, das ebenfalls in der Zentralen Regeleinheit abgelegt ist, berechnet anhand der Rauminformationen und der abgelegten Matrix die oberen Grenzwerte für Ventilhübe, die Vorlauftemperatur sowie den erforderlichen Drucksprung. Die Zentrale Regeleinheit stellt die berechneten Daten an den entsprechenden Geräten (Antriebe, Kessel, Pumpe) zur Verfügung. Falls der Wärmeerzeuger die Ansteuerung der Pumpe übernimmt, entfällt eine direkte Kommunikation zwischen der Zentralen Regeleinheit und der Pumpe. Besteht die Möglichkeit, die Matrix sowie das erfindungsgemäße Verfahren in das Regelungsgerät des Wärmeerzeugers zu integrieren, entfällt die Zentrale Regeleinheit. In diesem Fall kommuniziert der Wärmeerzeuger direkt mit den Heizkörper-Antrieben.According to the invention it is provided that the motor drives and the central control unit and the heat generator wired or wirelessly communicate with each other. The pipe network structure, the hydraulic resistances and the nominal volume flows are stored as a matrix in the central control unit. The motor drive provides the detected room temperature, the setpoint temperature and the current valve lift (room information) of the central control unit. The method according to the invention, which is likewise stored in the central control unit, uses the room information and the stored matrix to calculate the upper limit values for valve lifts, the flow temperature and the required pressure jump. The central control unit provides the calculated data to the corresponding devices (drives, boilers, pumps). If the heat generator takes over control of the pump, there is no need for direct communication between the central control unit and the pump. If it is possible to integrate the matrix and the method according to the invention into the control unit of the heat generator, the central control unit is eliminated. In this case, the heat generator communicates directly with the radiator drives.

Die Förderhöhe bzw. die Pumpenleistung wird in Abhängigkeit der Anzahl der versorgten Heizkörper und der Matrixdaten ermittelt, während die Vorlauftemperatur solange angepasst wird, bis die Ventilhübe an den ermittelten oberen Grenzwerten unter Einhaltung der Sollwerte positioniert sind.The delivery head or the pump capacity is determined as a function of the number of radiators supplied and the matrix data, while the flow temperature is adjusted until the valve strokes are positioned at the determined upper limit values in compliance with the nominal values.

Claims

Method for operating a heating system, wherein the heating system has a central heat generator (WE), a central pump ( 3 ), a control unit (ZRE) and at least two radiators (HK1, HK2, HK3), wherein the radiators (HK1, HK2, HK3) each have an adjustable valve ( 1 ) and in each case a motor drive ( 2a ) with a room temperature sensor and a PI controller, and wherein the motor drives ( 2a ) and the heat generator (WE) and the pump ( 3 ) are connected wirelessly or wired for data exchange with the control unit (ZRE), and wherein the pipe network structure of the heating system and the associated hydraulic resistances and nominal volume flows of the heating system are stored in a matrix in the central control unit (ZRE) with the steps: - Calculation of the upper limit values of the valve lifts in terms of the dynamic hydraulic adjustment and calculation of the required pressure jump - Transfer of the calculated data to the motor drives ( 2a ), the pump ( 3 ) and the heat generator (WE), - calculation of the required valve lift by one in the motor drive ( 2a ) and the: - the calculated required valve lift is adjusted when the value is less than or equal to the upper limit of the corresponding valve, or - the upper limit value for the corresponding valve Valve lift of the corresponding valve is set, if this limit is smaller than the calculated required valve lift, and wherein - the pump ( 3 ) with a power corresponding to the calculated pressure jump, and wherein - the set volumetric flows stored in the matrix are iteratively reduced if at least one actual valve lift is much smaller than its upper limit while maintaining the setpoint while all other valve lifts remain at the upper thresholds, and wherein - the set volume flows stored in the matrix are iteratively increased if at least one current valve lift is at the upper limit and the setpoint is not maintained, while the room temperatures in the remaining rooms reach the setpoints.

A method according to claim 1, characterized in that the flow temperature is reduced until the valve strokes are positioned at the determined upper limit values, when all valve strokes of the supplied radiator are smaller than corresponding upper limits while maintaining the set values.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the flow temperature is increased until the set values are reached when all valve strokes of the supplied radiator are positioned at the upper limits and at the same time the room temperatures do not reach the associated setpoints.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiators are separated with closed valves of the entire pipe network structure, so that a new current pipe network structure is formed and the required pressure jump and the new upper limits as a function of the current pipe network structure in connection with Data contained in the matrix can be determined.

Heating system characterized in that it is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 4.

Cooling or refrigeration system, characterized in that it is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 4, taking into account the reversal of characters in the cooling.