DE102016117667A1

DE102016117667A1 - Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE102016117667A1
Application number: DE102016117667.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Müller
Original assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Viessmann Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage, wobei jedes Heizkörperventil (1) der Heizungsanlage bezüglich seines Durchflussquerschnittes insgesamt auf n verschiedene Stellungen, mit n größer 1, einstellbar ist und somit n verschiedene Durchflussfaktoren aufweist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Bestimmung der Durchflussfaktoren der Heizkörperventile (1), – wobei in einem Messzyklus mit Ausnahme eines ausgewählten Heizkörperventils (1) alle übrigen Heizkörperventile (1) geschlossen und auf Basis von drei gewählten Wertepaaren aus Volumenstrom und Druckdifferenz – einerseits ein einer Differenz zwischen einem hydraulischen Gesamtwiderstand und einem hydraulischen Widerstand des ausgewählten Ventils entsprechender Restwiderstand der Heizungsanlage und – andererseits auf diesem ermittelten Restwiderstand basierend die Durchflussfaktoren berechnet werden, – wobei der Messzyklus anschließend zur Bestimmung der Durchflussfaktoren der übrigen Heizkörperventile (1) nacheinander für alle übrigen Heizkörperventile (1) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es gibt eine Vielzahl von Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage. Bei einigen dieser Heizungsanlagen, die eine Reihe von Heizkörpern aufweisen, ist jedes Heizkörperventil bezüglich seines Durchflussquerschnittes insgesamt auf n verschiedene Stellungen, mit n größer 1, (vor-)einstellbar und weist somit n verschiedene Durchflussfaktoren auf, die man auch K_VS-Werte oder Durchflusskoeffizienten nennt (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kv-Wert&oldid=145811651), sofern vom Heizkörperventil der üblicherweise vorgesehene Thermostatkopf, entfernt oder auf maximale Öffnungsstellung eingestellt wurde.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur (näherungsweisen) Bestimmung dieser Durchflussfaktoren der Heizkörperventile bereit zu stellen.
Diese Aufgabe ist mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist das Verfahren also durch eine (näherungsweise) Bestimmung der Durchflussfaktoren der Heizkörperventile gekennzeichnet, wobei in einem Messzyklus mit Ausnahme eines ausgewählten Heizkörperventils alle übrigen Heizkörperventile geschlossen und auf Basis von drei gewählten Wertepaaren aus Volumenstrom und Druckdifferenz einerseits ein einer Differenz zwischen einem hydraulischen Gesamtwiderstand und einem hydraulischen Widerstand des ausgewählten Ventils entsprechender Restwiderstand der Heizungsanlage und andererseits auf diesem ermittelten Restwiderstand basierend die Durchflussfaktoren berechnet werden und wobei der Messzyklus anschließend zur Bestimmung der (also aller) Durchflussfaktoren der übrigen Heizkörperventile nacheinander für alle übrigen Heizkörperventile durchgeführt wird.
Mit anderen Worten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren somit dadurch aus, dass insbesondere bei bereits bestehenden Heizungsanlagen (sogenannte Bestandsanlagen) die Durchflussfaktoren der Heizkörperventile näherungsweise bestimmt werden können, die dann besonders bevorzugt bei der Durchführung eines sogenannten hydraulischen Abgleichs (siehe hierzu https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydraulischer_Abgleich&oldid=150674901) verwendet werden.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren einschließlich seiner vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Patentansprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 Ersatzschaltbild der hydraulischen Situation eines Heizkreislaufes;
2 Heizkreislauf mit Pumpe und mehreren Heizkörpern und Heizkörperventilen.
Die Durchflussfaktoren, auch K_VS-Werte genannt, von voreinstellbaren Thermostatventilen spielen insbesondere beim hydraulischen Abgleich (siehe oben) eine wichtige Rolle, da sie den maximalen Durchfluss der jeweiligen Voreinstellung bestimmen und somit den Regelbereich des entsprechenden Reglers, der im einfachsten Fall ein Thermostatkopf ist.
Bei Neuanlagen sind diese Werte im Normalfall bekannt, da die Thermostatventile gerade erst verbaut wurden. Im besten Fall wurden die Thermostatventile auf Grundlage der Auslegung ausgewählt.
In Bestandsanlagen entsteht zum Beispiel nach einer Heizungsmodernisierung oder einer Gebäudedämmung die Notwendigkeit für einen hydraulischen Abgleich. Ein großes Problem ist dabei, dass bei Bestandsanlagen die Bestimmung der Durchflussfaktoren der verbauten voreinstellbaren Thermostatventile häufig schwierig ist. In der Regel lässt sich die Anzahl der Voreinstellungen ablesen, jedoch nicht der genaue Ventiltyp. Daher kennt man die Durchflussfaktoren der Ventile nicht.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, mit dem die Durchflussfaktoren von voreinstellbaren Thermostatventilen mit Hilfe von Messungen des Volumenstroms näherungsweise bestimmt werden können.
Der Durchflussfaktor K_VS bezeichnet bei Thermostatventilen den Volumenstrom in m³/h, der bei einer anliegenden Druckdifferenz von 1 bar durch das voll geöffnete Thermostatventil fließen würde, d. h. bei vollem Hub. Dies wird zum Beispiel erreicht, wenn kein Thermostatkopf auf dem Ventil sitzt. Bei voreinstellbaren Thermostatventilen gibt es für jede Voreinstellung einen K_VS-Wert.
Die K_VS-Werte der einzelnen Voreinstellungen j können hinreichend genau dargestellt werden durch lineare Interpolation der Werte bei kleinster und größter Voreinstellung, d. h.:
Dabei ist 1 die kleinste und n die größte Voreinstellung. Sieht man von Zwischenstellungen ab, ist n auch die Anzahl der Voreinstellungen. Aufgrund der Darstellung (1) genügt es, die Werte K_VS(1) und K_VS(n) zu kennen, um alle weiteren K_VS-Werte bestimmen zu können.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, für voreinstellbare Thermostatventile insbesondere in Bestandsgebäuden die Werte K_VS(1) und K_VS(n) zu ermitteln. Die Anzahl der Voreinstellungen n kann in der Regel am Ventil abgelesen werden.
Zur Bestimmung der K_VS-Werte werden Messungen des Volumenstromes durchgeführt. Die Messung erfolgt zentral am Wärmeerzeuger. Für die Messung wird eine feste Druckdifferenz Δp_mess eingestellt. Weiterhin sind während einer Messung nur das untersuchte Ventil geöffnet und alle anderen geschlossen.
Die hydraulische Situation während einer Messung kann durch das in 1 dargestellte Ersatzschaltbild beschrieben werden. Dabei bezeichnen R_TV den hydraulischen Widerstand des Thermostatventils und R_Rest den restlichen hydraulischen Widerstand, der durch die Rohrleitungen, Einbauten und dergleichen verursacht wird.
Es werden (für jedes Thermostatventil) drei Messungen durchgeführt, und zwar bei den Voreinstellungen 1, n – 1 und n.
Mit Hilfe der Definition des K_VS-Wertes kann der hydraulische Widerstand eines voll geöffneten Thermostatventils für jede Voreinstellung j dargestellt werden durch:
(Anmerkung: In Gleichung (2) wird, was in der Praxis häufig geschieht, davon ausgegangen, das K_VS ein dimensionsloser Wert ist).
Bezeichnet V_mess,j den bei der Voreinstellung j gemessenen Volumenstrom, so ergibt sich: Δp_mess = (R_TV(K_VS,app(j)) + R_Rest)V 2 / mess,j, j = 1, n – 1, n (3)
Dabei bezeichnet K_VS,app(j) den approximativen K_VS Wert bei Voreinstellung j, der durch das Verfahren berechnet wird.
Aus (3) und (2) erhält man dann
Wir setzen:
und erhalten für (4) die verkürzte Darstellung: K_VS,app(j) = (a –2 / j – x)^–1/2 (7)
Bei Voreinstellung 1 kann davon ausgegangen werden, dass der hydraulische Widerstand des Thermostatventils viel größer ist als R_Rest, d. h.: R_TV(K_VS(1)) >> R_Rest und somit K_VS,app(1) = a₁ (8)
Mit (1), (7) und (8) erhält man für j = n – 1:
Dies liefert die (nichtlineare) Gleichung 0 = ((a –2 / n – 1 – x)^–1/2 – a₁)(n – 1) – ((a –2 / n – x)^–1/2 – a₁)(n – 2) (9) zur Bestimmung von x (und somit von R_Rest).
Definieren wir F(x) = ((a –2 / n – 1 – x)^–1/2 – a₁)(n – 1) – ((a –2 / n – x)^–1/2 – a₁)(n – 2), so kann die nichtlineare Gleichung zur Bestimmung von x wie folgt dargestellt werden: F(x) = 0 (10)
Die nichtlineare Gleichung (10) kann z. B. mit dem Newton Verfahren gelöst werden.
Ist x bestimmt, so kann mit (7) dann K_VS,app(n) bestimmt werden, und mit (1) können dann alle K_VS Werte bestimmt werden.
Wie sehr der Wert K_VS,app(n) vom Wert K_VS(n) abweicht, hängt im Wesentlichen davon ab, wie sehr der Wert K_VS(n – 1) vom Wert K_VS,app(n – 1) abweicht und natürlich von den Messfehlern.
Nochmals in anderen Worten ausgedrückt, ist oben ein Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage erläutert, bei dem jedes Heizkörperventil 1 der Heizungsanlage bezüglich seines Durchflussquerschnittes insgesamt auf n verschiedene Stellungen, mit n größer 1, einstellbar ist und somit n verschiedene Durchflussfaktoren aufweist. Dieses Verfahren ist nun im Wesentlichen gekennzeichnet durch eine Bestimmung der Durchflussfaktoren der Heizkörperventile 1, wobei in einem Messzyklus mit Ausnahme eines ausgewählten Heizkörperventils 1 alle übrigen Heizkörperventile 1 geschlossen und auf Basis von drei gewählten Wertepaaren aus Volumenstrom und Druckdifferenz einerseits ein einer Differenz zwischen einem hydraulischen Gesamtwiderstand und einem hydraulischen Widerstand des ausgewählten Ventils entsprechender Restwiderstand der Heizungsanlage und andererseits auf diesem ermittelten Restwiderstand basierend die Durchflussfaktoren berechnet werden, wobei der Messzyklus anschließend zur Bestimmung der Durchflussfaktoren der übrigen Heizkörperventile 1 nacheinander für alle übrigen Heizkörperventile 1 durchgeführt wird.
Bezugszeichenliste

1: Heizkörperventil
2: Heizkörper
3: Pumpe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Kv-Wert&oldid=145811651 [0002]
https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydraulischer_Abgleich&oldid=150674901 [0006]

Claims

Verfahren zur Bestimmung von charakteristischen Werten einer Heizungsanlage, wobei jedes Heizkörperventil (1) der Heizungsanlage bezüglich seines Durchflussquerschnittes insgesamt auf n verschiedene Stellungen, mit n größer 1, einstellbar ist und somit n verschiedene Durchflussfaktoren aufweist, gekennzeichnet durch eine Bestimmung der Durchflussfaktoren der Heizkörperventile (1), – wobei in einem Messzyklus mit Ausnahme eines ausgewählten Heizkörperventils (1) alle übrigen Heizkörperventile (1) geschlossen und auf Basis von drei gewählten Wertepaaren aus Volumenstrom und Druckdifferenz – einerseits ein einer Differenz zwischen einem hydraulischen Gesamtwiderstand und einem hydraulischen Widerstand des ausgewählten Ventils entsprechender Restwiderstand der Heizungsanlage und – andererseits auf diesem ermittelten Restwiderstand basierend die Durchflussfaktoren berechnet werden, – wobei der Messzyklus anschließend zur Bestimmung der Durchflussfaktoren der übrigen Heizkörperventile (1) nacheinander für alle übrigen Heizkörperventile (1) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Heizkörperventil (1) drei Messungen durchgeführt werden, vorzugsweise bei den Voreinstellungen 1, n – 1 und n.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Volumenstroms zentral am Wärmeerzeuger der Heizungsanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussfaktoren der Heizkörperventile (1), die besonders bevorzugt bei der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs verwendet werden, bei bestehenden Heizungsanlagen bestimmt werden.