DE102017005872A1 - Method for heating several zones of a building - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung von mehreren Zonen (Z1, Z2, Z3, Z4) eines Gebäudes, bevorzugt von mehreren Zonen je Raum eines Gebäudes, bei dem mittels wenigstens eines Sensors (B4), insbesondere jeweils wenigstens eines Sensors (B4) pro Zone (Z4), die An- oder Abwesenheit von Personen in einer jeweiligen Zone (Z4) festgestellt wird und bei einer festgestellten Anwesenheit in einer Zone (Z4) eine festgelegte Komforttemperatur in dieser Zone (Z4) durch Beheizung dieser Zone (Z4) eingeregelt wird, insbesondere wobei bei einer festgestellten Abwesenheit eine festgelegte geringere Absenktemperatur in dieser Zone (Z4) eingeregelt wird, wobei mittels einer Regeleinheit (R), insbesondere einer einzigen Regeleinheit (R) für alle Zonen (Z1, Z2, Z3, Z4), zumindest bei Feststellung einer Anwesenheit in einer jeweiligen Zone (Z4) der Ist-Wert der operativen Temperatur in der jeweiligen Zone (Z4) ermittelt wird und die Abweichung zwischen dem ermittelten Ist-Wert und einer festgelegten operativen Komforttemperatur als Sollwert durch Ansteuerung wenigstens eines dieser jeweiligen Zone (Z4) zugeordneten Infrarot-Strahlungsheizelementes (SH4) verringert wird.The invention relates to a method for heating a plurality of zones (Z1, Z2, Z3, Z4) of a building, preferably of several zones per room of a building, in which at least one sensor (B4), in particular in each case at least one sensor (B4) per Zone (Z4), the presence or absence of persons in a particular zone (Z4) is detected and in a detected presence in a zone (Z4) a specified comfort temperature in this zone (Z4) by heating this zone (Z4) is adjusted in particular wherein, in the case of a detected absence, a defined lower lowering temperature is regulated in this zone (Z4), wherein by means of a control unit (R), in particular a single control unit (R) for all zones (Z1, Z2, Z3, Z4), at least at Determining a presence in a respective zone (Z4) the actual value of the operative temperature in the respective zone (Z4) is determined and the deviation between the determined actual value and a fe set operative comfort temperature as setpoint by driving at least one of these respective zone (Z4) associated infrared Strahlungsheizelementes (SH4) is reduced.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beheizung von mehreren Zonen eines Gebäudes, bevorzugt von mehreren Zonen je Raum eines Gebäudes, bei dem mittels wenigstens eines Sensors, insbesondere jeweils wenigstens eines Sensors pro Zone, die An- oder Abwesenheit von Personen in einer jeweiligen Zone festgestellt wird und bei einer festgestellten Anwesenheit in einer Zone eine festgelegte Komforttemperatur in dieser Zone durch Beheizung dieser Zone eingeregelt wird, insbesondere wobei bei einer festgestellten Abwesenheit eine festgelegte geringere Absenktemperatur in dieser Zone eingeregelt wird.The invention relates to a method for heating a plurality of zones of a building, preferably of several zones per room of a building, in which by at least one sensor, in particular in each case at least one sensor per zone, the presence or absence of persons is detected in a respective zone and in the event of a detected presence in a zone, a predetermined comfort temperature in that zone is regulated by heating that zone, in particular, during a detected absence, setting a predetermined lower lowering temperature in that zone.
Verfahren dieser Art sind im Stand der Technik bekannt und werden im Wesentlichen eingesetzt, um einen energiesparenden Betrieb einer Heizungsanlage zu realisieren, insbesondere Energie in verschiedenen beheizten Zonen dann einzusparen, wenn keine Person anwesend ist.Methods of this kind are known in the art and are used essentially to realize an energy-saving operation of a heating system, in particular to save energy in different heated zones when no person is present.
Entweder kann in einem solchen Fall gänzlichst eine Beheizung der einzelnen Zonen unterbleiben oder es erfolgt nur eine Beheizung auf eine gegenüber der Komforttemperatur abgesenkte Temperatur. Als Komforttemperatur wird häufig ein Bereich von 20 bis 22°C gewählt. Eine Absenktemperatur liegt häufig im Bereich von 16 bis 19°C. Dies sind jedoch nur Beispiele. Grundsätzlich kann eine Komforttemperatur jeden Temperaturwert aufweisen, ebenso wie eine Absenktemperatur, wobei lediglich die Absenktemperatur geringer ist als die Komforttemperatur.Either in such a case completely a heating of the individual zones can be omitted or there is only one heating to a lowered temperature compared to the comfort temperature. The comfort temperature is often chosen to be between 20 and 22 ° C. A lowering temperature is often in the range of 16 to 19 ° C. These are just examples. In principle, a comfort temperature can have any temperature value, as well as a lowering temperature, wherein only the lowering temperature is lower than the comfort temperature.
Problematisch bei dieser Art der Regelung der Beheizung von mehreren Zonen ist zum einen die Trägheit des Heizsystems bzw. der zur Beheizung eingesetzten Heizelemente. Zum anderen erfolgt eine Beheizung in überwiegenden Fällen mittels Konvektoren als Heizelemente, so dass auch üblicherweise die Lufttemperatur erfasst wird, um diese auf die jeweils gewünschten Werte von Komforttemperatur und Absenktemperatur einzuregeln.The problem with this type of control of the heating of several zones on the one hand, the inertia of the heating system or the heating elements used for heating. On the other hand, heating takes place in most cases by means of convectors as heating elements, so that also usually the air temperature is detected in order to regulate these to the respective desired values of comfort temperature and reduced temperature.
Besonders unter dem Aspekt der Energieeinsparung werden immer mehr Heizsystem verbaut, die mit niedrigen Temperaturen arbeiten, um die Wärmeverluste über das Wärmeträgermedium zu begrenzen. Besonders solche Heizungssysteme sind jedoch wegen der zu Umgebung nur geringen Temperaturdifferenzen mit einer hohen zeitlichen Trägheit verbunden, so dass eine schnelle Reaktion auf eine festgestellte Anwesenheit einer Person nicht möglich ist.Particularly in terms of energy saving, more and more heating systems are being installed that operate at low temperatures in order to limit the heat losses through the heat transfer medium. However, such heating systems are particularly associated with a high temporal inertia because of the only small temperature differences to environment, so that a quick response to a detected presence of a person is not possible.
Die Überwachung der Lufttemperatur und deren Heranziehung als Regelgröße lässt dabei nachteiliger Weise weiterhin außen vor, dass der Mensch ein Temperaturempfinden hat, dass sich nicht nur durch den Hautkontakt mit der umgebenden Luft ergibt, sondern auch maßgeblich durch die auf die Haut oder auf die Bekleidung auftreffende Wärmestrahlung geprägt ist. Das tatsächliche Wärmeempfingen eines Menschen findet daher in solchen üblichen Heizsystemen und anwesenheitsabhängigen Regelungen keine ausreichende Berücksichtigung.The monitoring of the air temperature and its inclusion as a controlled variable thereby disadvantageously continues to be the case outside that the human has a temperature sensation that not only results from the skin contact with the surrounding air, but also significantly by the impact on the skin or clothing Heat radiation is characterized. The actual heat receiving of a person is therefore not taken sufficiently into account in such conventional heating systems and occupancy-dependent controls.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein solches bekanntes gattungsgemäßes Verfahren so weiterzubilden, dass das tatsächliche Wärmeempfinden von Menschen eine bessere Berücksichtigung findet und bevorzugt auch, eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich schnellere Reaktionszeit bei einer festgestellten Anwesenheit zu erzielen.It is therefore an object of the invention to develop such a known generic method so that the actual heat sensation of people is given better consideration and preferably also to achieve a comparison with the prior art much faster reaction time at a detected presence.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels einer Regeleinheit, insbesondere einer einzigen Regeleinheit für alle Zonen, zumindest bei Feststellung einer Anwesenheit in einer jeweiligen Zone der Ist-Wert der operativen Temperatur in der jeweiligen Zone ermittelt wird und die Abweichung zwischen dem ermittelten Ist-Wert und einer festgelegten operativen Komforttemperatur als Sollwert durch Ansteuerung wenigstens eines dieser jeweiligen Zone zugeordneten Infrarot-Strahlungsheizelementes verringert wird.The object is achieved in that by means of a control unit, in particular a single control unit for all zones, at least upon detection of presence in a respective zone of the actual value of the operating temperature is determined in the respective zone and the deviation between the determined actual Value and a specified operative comfort temperature is reduced as a setpoint by controlling at least one of these respective zone associated infrared Strahlungsheizelementes.
Der wesentliche Kerngedanke der Erfindung beruht darauf, statt der Lufttemperatur die operative Temperatur als Regelgröße zu verwenden und weiterhin auch die anwesenheitsabhängige Beheizung mittels Infrarot – Strahlungsheizelementen vorzunehmen.The essential core idea of the invention is based on using the operative temperature as a controlled variable instead of the air temperature and furthermore also carrying out the presence-dependent heating by means of infrared radiant heating elements.
Die Verwendung von Strahlungsheizelementen hat den Vorteil von Menschen besonders schnell wahrgenommen zu werden, weil sich die Strahlung unmittelbar ausbreitet und ein Wärmeempfinden beim Menschen hervorruft, wohingegen eine Lufterwärmung sich durch Luftumschichtung erst über einen längeren Zeitraum ergeben müsste. Darüber hinaus würden starke Luftbewegungen die eine schnellere Ausbreitung konvektiv bereitgestellter Wärme ermöglichen vom Menschen häufig als unangenehm empfunden.The use of radiant heating elements has the advantage of being perceived very quickly by humans, because the radiation spreads directly and causes a sensation of heat in humans, whereas an air heating would only have to be due to air redirection over a longer period of time. In addition, strong air movements that allow a faster spread of convective heat provided by people often felt uncomfortable.
Die Regelung auf die operative Temperatur, statt wie bisher üblich auf die Lufttemperatur, stellt dabei erfindungsgemäß sicher, dass das strahlungsabhängige Wärmeempfinden des Menschen auch in der messtechnischen Umsetzung des Regelkreises eine Berücksichtigung findet. The regulation to the operative temperature, instead of the air temperature as usual, ensures according to the invention that the radiation-dependent heat sensation of humans is also taken into account in the metrological implementation of the control loop.
Die Definition der operativen Temperatur an einem bestimmten Ort im Raum ist dem Fachmann z. B. aus der
Diese Näherung kann im Wesentlichen als genügend genau angesehen werden, insbesondere wenn auftretende Luftgeschwindigkeiten kleiner sind als 0,2 m/s und die Lufttemperatur und die mittlere Strahlungstemperatur nahe bei einander liegen, insbesondere sich um nicht mehr als 4°C unterscheiden. Bevorzugt geht die Erfindung auch von dieser genäherten Definition der operativen Temperatur aus. Studien haben auch schon eine Anwendbarkeit der genäherten Definition über die genannte Temperaturdifferenz hinaus untersucht und für realistisch befunden. So kann die Erfindung bevorzugt auch von der Gültigkeit der Näherung bei Temperaturdifferenzen kleiner 10°C, bevorzugt kleiner 8°C ausgehen.This approximation may be considered substantially accurate, in particular, if air velocities are less than 0.2 m / s and the air temperature and mean radiant temperature are close to each other, in particular not differing by more than 4 ° C. Preferably, the invention also proceeds from this approximate definition of the operative temperature. Studies have also already investigated the applicability of the approximate definition beyond the mentioned temperature difference and found it realistic. Thus, the invention may also preferably proceed from the validity of the approximation with temperature differences of less than 10 ° C., preferably less than 8 ° C.
Die Erfindung sieht vor, dass zumindest bei Feststellung einer Anwesenheit in einer jeweiligen Zone der Ist-Wert der operativen Temperatur in der jeweiligen Zone ermittelt wird.The invention provides that, at least when a presence is detected in a respective zone, the actual value of the operative temperature in the respective zone is determined.
Dies kann eine Ausführung umfassen, bei welcher bei einer festgestellten Abwesenheit der Ist-Wert der operativen Temperatur nicht erfasst wird.This may include an embodiment in which, in the event of a detected absence, the actual value of the operative temperature is not detected.
Beispielsweise ist dies möglich, wenn bei einer festgestellten Abwesenheit keinerlei Beheizung, also auch nicht auf eine gegenüber der Komforttemperatur geringere Absenktemperatur erfolgt. In einem solchen Fall kann somit die Ermittlung des Ist-Wertes der operativen Temperatur unterbleiben, da keine Regelung auf eine Soll-Temperatur erfolgt, somit also die betrachtete Zone im einfachsten Fall bei einer Abwesenheit auskühlt.For example, this is possible if there is no heating at a detected absence, and therefore not at a lower than the comfort temperature lowering temperature. In such a case, therefore, the determination of the actual value of the operating temperature can be omitted, since there is no control to a setpoint temperature, thus thus cooling the considered zone in the simplest case in an absence.
In demgegenüber bevorzugter Ausführung sieht die Erfindung hingegen vor, dass auch bei einer Abwesenheit eine Regelung auf eine Soll-Temperatur erfolgt, jedoch auf eine gegenüber der operativen Komforttemperatur geringere operative Absenktemperatur.In contrast, preferred embodiment, the invention provides, however, that even in an absence, a regulation to a target temperature takes place, but on a relation to the operative comfort temperature lower operative lowering temperature.
Auch hier ist eine Ausführungsvariante möglich, in welcher bei Abwesenheit nicht der Ist-Wert der operativen Temperatur ermittelt wird. Z. B. kann die Erfindung im Abwesenheitsfall auch vorsehen, in der Zone nur auf eine bestimmte, also festgelegte abgesenkte Lufttemperatur zu regeln.Again, a variant is possible in which in the absence of the actual value of the operative temperature is determined. For example, in the absence of the invention, the invention may also provide for regulating in the zone only to a specific, ie fixed, lowered air temperature.
Bevorzugt sieht die Erfindung jedoch vor, sowohl im Anwesenheitsfall als auch im Abwesenheitsfall in einer jeweiligen Zone den Ist-Wert der operativen Temperatur zu erfassen. Die Regelung erfolgt dann so, dass im Abwesenheitsfall der Ist-Wert der operativen Temperatur mit einer operativen Absenktemperatur verglichen wird und Regelabweichungen verringert werden und im Anwesenheitsfall, dass der Ist-Wert der operativen Temperatur mit der operativen Komforttemperatur verglichen wird und Regelabweichungen verringert werden, insbesondere jeweils durch Ansteuerung von Heizelementen.However, the invention preferably provides for detecting the actual value of the operative temperature both in the presence and in the absence in a respective zone. The regulation then takes place such that in the absence of the actual value of the operative temperature is compared with an operating lowering temperature and control deviations are reduced and in the presence case that the actual value of the operating temperature is compared with the operating comfort temperature and control deviations are reduced, in particular each by controlling heating elements.
Die Erfindung kann vorsehen, dass bei Abwesenheit in einer jeweiligen Zone die Absenktemperatur durch Ansteuerung von Heizelementen erfolgt, welche ausgewählt und geeignet sind, die Absenktemperatur als eine Grundlast der Zone aufrecht zu erhalten, wobei nur bei festgestellter Anwesenheit wenigstens ein Infrarot-Strahlungsheizelement zugeschaltet wird, insbesondere um erst mit der Zuschaltung eine gewünschte operative Komforttemperatur zu erzielen. Solche Heizelemente für die Grundlast können übliche flüssigkeitsgeführte Heizelemente sein, insbesondere Heizkörper oder auch Flächenheizungen, beispielsweise im Fußboden, der Decke oder der Wand, insbesondere solche Heizelemente, welche die Wärme überwiegend konvektiv abgeben.The invention may provide that in the absence of a particular zone, the lowering temperature is effected by driving heating elements which are selected and capable of maintaining the lowering temperature as a base load of the zone, with at least one infrared radiant heating element being switched on only when presence is detected; in particular in order to achieve a desired operative comfort temperature only with the connection. Such heating elements for the base load may be conventional liquid-guided heating elements, in particular radiators or surface heating, for example in the floor, the ceiling or the wall, in particular those heating elements which deliver the heat predominantly convective.
Die Erfindung kann aber auch vorsehen, sowohl die Absenktemperatur, insbesondere eine operative Absenktemperatur als auch die operative Komforttemperatur mit Infrarot-Strahlungsheizelementen aufrecht zu erhalten. Dabei kann die Komforttemperatur durch Zuschaltung weiterer, im Absenkbetrieb nicht betriebener Strahlungsheizelemente erzielt werden oder auch durch dieselben Strahlungsheizelemente, die zur Erreichen der Komforttemperatur eine andere Ansteuerung erfahren als im Absenkbetrieb, insbesondere im Komfortbetrieb stärker erhitzt werden.However, the invention can also provide for maintaining both the lowering temperature, in particular an operating lowering temperature, and the operative comfort temperature with infrared radiation heating elements. In this case, the comfort temperature can be achieved by switching additional, not operated in the lowering operation Strahlungsheizelemente or by the same radiant heating, which experience a different activation to achieve the comfort temperature than in the lowering mode, especially in comfort mode are heated more.
Da allgemein bei Heizelementen die Wärmeabgabe durch Strahlung und Konvektion nicht getrennt werden kann, also jedes Heizelement seine Wärme sowohl teilweise durch Strahlung als auch teilweise durch Konvektion abgibt, versteht die Erfindung bevorzugt unter einem Strahlungsheizelement ein solches Element, das überwiegend die erzeugte Wärmeenergie durch Strahlung abgibt, also zu mehr als 50%, weiter bevorzugt zu mehr als 60%, noch weiter bevorzugt zu mehr als 75%. Since generally the heat emission by radiation and convection can not be separated in heating elements, ie each heating element releases its heat partly by radiation as well as partly by convection, the invention preferably means by a radiant heating element such an element which predominantly emits the heat energy generated by radiation , that is to say more than 50%, more preferably more than 60%, even more preferably more than 75%.
In bevorzugter Ausführung kann es sich bei einem erfindungsgemäßen Strahlungsheizelement um ein elektrisch betriebenes Strahlungsheizelement handelt, dass durch Widerstandsheizung erwärmt wird. Eine solche Widerstandheizung kann mittels stromdurchflossener Widerstands-Leiterbahnen und bevorzugt mit wenigstens einer Folien-Widerstandsheizung betrieben werden. Solche Widerstandsheizelemente haben gegenüber flüssigkeitsgeführten Heizelementen den Vorteil einer schnelleren Reaktionszeit. Dennoch können natürlich auch flüssigkeitsgeführte Strahlungsheizelemente bei der Erfindung zum Einsatz kommen.In a preferred embodiment, a radiant heating element according to the invention may be an electrically operated radiant heating element that is heated by resistance heating. Such resistance heating can be operated by means of current-carrying resistance conductor tracks and preferably with at least one foil resistance heater. Such resistance heating elements have the advantage of a faster reaction time compared to liquid-guided heating elements. Nevertheless, of course, liquid-guided radiant heating elements can be used in the invention.
Bevorzugt werden solche Strahlungsheizelemente gewählt, die eine gewünschte für die Erfindung maximal nötige Heizflächentemperatur innerhalb einer Aufheizzeit kleiner 20 min, bevorzugt kleiner 15 min, noch weiter bevorzugt kleiner 10 min erreichen.Preferably, those radiant heating elements are selected which achieve a desired maximum heating surface temperature within a heating time of less than 20 minutes, preferably less than 15 minutes, even more preferably less than 10 minutes.
Bei jeglicher Art der Realisierung von Strahlungsheizelementen kann es bevorzugt vorgesehen sein, mit Oberflächentemperaturen der Strahlungsheizelemente zu arbeiten, die 90°C nicht überschreiten. In weiter bevorzugter Ausführung kann die Oberflächentemperatur kleiner 70°C, noch weiter bevorzugt kleiner 50°C gewählt werden.For any type of realization of radiant heating elements, it may preferably be provided to work with surface temperatures of the radiant heating elements which do not exceed 90 ° C. In a further preferred embodiment, the surface temperature of less than 70 ° C, even more preferably less than 50 ° C can be selected.
Die Erfindung kann vorsehen, dass der Ist-Wert der operativen Temperatur in einer jeweiligen Zone ermittelt wird als Mittelwert der Lufttemperatur in dieser Zone und der Strahlungstemperatur in dieser Zone, wobei sowohl die Lufttemperatur als auch die Strahlungstemperatur mittels jeweiligen Sensoren messtechnisch erfasst wird. Für die Erfassung der Lufttemperatur kann in einer Zone wenigstens ein Lufttemperatursensor vorgesehen sein. In gleicher Weise kann die Strahlungstemperatur in der jeweiligen Zone mittels eines Strahlungstemperatursensors messtechnisch erfasst werden. Ein solcher Strahlungstemperatursensor kann z. B. ausgebildet sein als eine schwarze Kugel mit einem darin angeordneten Lufttemperatursensor, der die Temperatur der Luft im Inneren der schwarzen Kugel misst, die sich überwiegend durch die Strahlungsabsorption der schwarzen Wandungsfläche der Kugel aufwärmt. Somit kann gemäß der Erfindung jeder Zone wenigstens ein Lufttemperatursensor und wenigstens ein Strahlungstemperatursensor zugeordnet sein, insbesondere jeweils genau ein Sensor.The invention can provide that the actual value of the operative temperature in a respective zone is determined as the mean value of the air temperature in this zone and the radiation temperature in this zone, wherein both the air temperature and the radiation temperature are detected by means of respective sensors. For the detection of the air temperature, at least one air temperature sensor can be provided in a zone. In the same way, the radiation temperature in the respective zone can be detected metrologically by means of a radiation temperature sensor. Such a radiation temperature sensor may, for. B. formed as a black ball with an air temperature sensor disposed therein, which measures the temperature of the air inside the black ball, which warms up mainly by the radiation absorption of the black wall surface of the ball. Thus, according to the invention, each zone can be assigned at least one air temperature sensor and at least one radiation temperature sensor, in particular in each case exactly one sensor.
Bei der messtechnischen Erfassung der Strahlungstemperatur kann die Erfindung jedoch auch die Oberflächentemperatur der die jeweilige betrachtete Zone umgebenden Hüllflächen messen und aus den mehreren gemessenen Strahlungstemperaturen verschiedener Hüllflächen eine mittlere Strahlungstemperatur berechnen.In the metrological detection of the radiation temperature, however, the invention can also measure the surface temperature of the enveloping surfaces surrounding the respective zone under consideration and calculate an average radiation temperature from the plurality of measured radiation temperatures of different enveloping surfaces.
In bevorzugter Ausführung der Erfindung sieht es die Erfindung vor, dass der Ist-Wert der operativen Temperatur in einer jeweiligen Zone ermittelt wird als Mittelwert der Lufttemperatur in dieser Zone und der Strahlungstemperatur in dieser Zone, wobei die Lufttemperatur mittels eines Lufttemperatursensors gemessen wird und die Strahlungstemperatur zumindest teilweise mittels eines mathematischen Modells in Abhängigkeit der Lufttemperatur der jeweiligen Zone geschätzt wird.In a preferred embodiment of the invention, the invention provides that the actual value of the operating temperature in a respective zone is determined as the mean value of the air temperature in this zone and the radiation temperature in this zone, wherein the air temperature is measured by means of an air temperature sensor and the radiation temperature is at least partially estimated by means of a mathematical model depending on the air temperature of the respective zone.
Unter einem zumindest teilweisen Schätzen wird hier verstanden, dass in die Ermittlung der Strahlungstemperatur sowohl ein geschätzter Anteil der Strahlungstemperatur als auch ein konkret messtechnisch erfasster Anteil eingeht.An at least partial estimation is here understood to include both an estimated proportion of the radiation temperature and a concrete measurement-related component in the determination of the radiation temperature.
So kann die Erfindung vorsehen, dass die Strahlungstemperatur einer jeweiligen Zone ermittelt wird in Abhängigkeit zumindest von geschätzten Hüllflächentemperaturen von mehreren definierten Hüllflächen der jeweiligen Zone. Die Erfindung kann ergänzend vorsehen, dass die Strahlungstemperatur einer jeweiligen Zone zusätzlich ermittelt wird in Abhängigkeit sensorisch gemessener Hüllflächentemperaturen von wenigstens einer definierten Hüllfläche der jeweiligen Zone, insbesondere einer Hüllfläche, die gebildet ist durch ein aktiv mit einem Heizmittel beheiztes Infrarot-Strahlungsheizungselement, insbesondere einem mit Strom oder mit einem Fluid beheizten Strahlungsheizungselement. Eine sensorische Messung der Hüllflächentemperatur kann dabei eine direkte Temperaturmessung mit einem Temperatursensor umfassen, ebenso wie eine indirekte Temperaturmessung mittels einer physikalischen Größe, z. B. einem Stromwert oder einem Leistungswert, aus dem die Temperatur ermittelt wird, z. B. mittels einer hinterlegten Eichkurve oder einem Kennfeld oder einer sonstigen Zuordnung zwischen den gemessenen Werten und der Temperatur.Thus, the invention can provide that the radiation temperature of a respective zone is determined as a function of at least estimated envelope surface temperatures of a plurality of defined envelope surfaces of the respective zone. The invention may additionally provide that the radiation temperature of a respective zone is additionally determined as a function of sensorily measured envelope surface temperatures of at least one defined envelope surface of the respective zone, in particular an envelope surface which is formed by an infrared radiation heating element actively heated by a heating means, in particular one with Stream or fluid heated radiant heating element. A sensory measurement of the envelope surface temperature may include a direct temperature measurement with a temperature sensor, as well as an indirect temperature measurement by means of a physical variable, for. As a current value or a power value from which the temperature is determined, for. Example by means of a stored calibration curve or a map or other association between the measured values and the temperature.
Allgemein sieht die Erfindung vor, für jede Zone zur Bestimmung von deren Strahlungstemperatur eine Anzahl von Hüllflächen zu definieren, welche die Zone umgeben. Solche Hüllflächen können z. B. der Fußboden sein, die Decke, die Wände, Fenster in Wänden und ggfs. in Decken, sowie auch jeweils daran oder darin angeordnete Heizelemente. Als Hüllfläche kann auch eine Fläche verstanden werden, welche durch einen Übergang von einer Zone in eine andere Zone gegeben ist, z. B. ein Wanddurchbruch, oder eine offene Tür. Dort liegt keine materielle Wand im eigentlichen Sinne vor. Mit der Berücksichtigung eines solchen Übergangsbereichs als Hüllfläche, bzw. als eine immaterielle Hüllfläche an diesem Ort kann erfindungsgemäß die Auswirkung der Strahlungstemperatur der benachbarten Zone in der gerade betrachteten Zone in die Bestimmung der Strahlungstemperatur der betrachteten Zone einfließen. Z. B. kann dabei die in gerader Linie nächstgelegene Hüllflächentemperatur der benachbarten Zone, die durch den Übergang hindurchwirkt, als die Temperatur der immateriellen Hüllfläche angenommen werden, oder auch die gemittelte Strahlungstemperatur der gesamten angrenzenden Zone. In general, the invention provides for defining for each zone for determining its radiation temperature a number of enveloping surfaces which surround the zone. Such envelope surfaces can z. As the floor, the ceiling, the walls, windows in walls and, if necessary. In ceilings, as well as in each case or arranged therein heating elements. As enveloping surface can also be understood an area which is given by a transition from one zone to another zone, z. B. a wall opening, or an open door. There is no material wall in the true sense. With the consideration of such a transition region as the envelope surface, or as an intangible envelope surface at this location, according to the invention, the effect of the radiation temperature of the adjacent zone in the zone just considered can be included in the determination of the radiation temperature of the considered zone. For example, the envelope surface temperature closest to the straight line of the adjacent zone which passes through the transition can be assumed to be the temperature of the intangible enveloping surface, or else the average radiation temperature of the entire adjacent zone.
In ebenso möglicher Ausführung kann auch die Lufttemperatur der angrenzenden Zone als Hüllflächentemperatur eines solchen Übergangs verwendet werden.In an equally possible embodiment, the air temperature of the adjacent zone can also be used as the envelope surface temperature of such a transition.
Bei einer festgestellten Anwesenheit von wenigstens einer Person in einer Zone kann die Erfindung vorsehen, auch den jeweiligen Menschen als Hüllfläche mit einer angenommenen Hüllflächentemperatur und Hüllflächengröße in die Ermittlung, insbesondere Berechnung der Strahlungstemperatur mit einfließen zulassen.In the case of a detected presence of at least one person in a zone, the invention may provide for the respective human being to be included as enveloping surface with an assumed envelope surface temperature and envelope surface size in the determination, in particular calculation of the radiation temperature.
Externe Einflüsse, wie z. B. eine Sonneinstrahlung kann ebenso berücksichtig werden, z. B. bei einem als Hüllfläche definierten Fenster, durch welche die Sonneneinstrahlung in die Zone fällt.External influences, such as B. sunshine can also be considered, for. B. in a defined as enveloping window through which the sun falls into the zone.
Die Erfindung kann in bevorzugter Ausführung vorsehen, dass die Hüllflächentemperatur einer definierten Hüllfläche, insbesondere sofern sie nicht tatsächlich konkret messtechnisch gemessen wird, geschätzt wird als Lufttemperatur in der Zone, die korrigiert ist in Abhängigkeit von gespeicherten und/oder gemessenen Hüllflächenparametern der jeweiligen Hüllfläche, insbesondere einem Isolationswert, bevorzugt dem U-Wert der Hüllfläche und gemessener Temperatur der an die Hüllfläche rückwärtig angrenzenden Umgebung und/oder Lufttemperatur in einer benachbarten Zone.In a preferred embodiment, the invention can provide that the envelope surface temperature of a defined envelope surface, in particular if it is not actually measured metrologically, is estimated as the air temperature in the zone which is corrected as a function of stored and / or measured envelope surface parameters of the respective envelope surface, in particular an insulation value, preferably the U-value of the envelope surface and the measured temperature of the environment adjacent to the envelope surface and / or air temperature in an adjacent zone.
Die Erfindung kann somit vorsehen, nicht nur bevorzugt mehrere Hüllflächen pro Zone für das mathematische Berechnungsmodell der Strahlungstemperaturermittlung in einer jeweiligen Zone zu definieren, sondern jeder definierten Hüllfläche auch einen Parametersatz zuzuordnen. Ein solcher Parametersatz kann konstante und/oder variable Parameter der Hüllfläche umfassen. Ein konstanter Parameter kann z. B. ein Wert sein, der von der Isolierung der Hüllfläche gegenüber einer, insbesondere rückwärtigen Umgebung abhängt oder diese widerspiegelt. Z. B. kann die Wärmeleitfähigkeit oder der U-Wert des Bauteiles, welches die Hüllfläche umfasst, ein solcher konstanter Parameter sein. Ein variabler Parameter kann z. B. die Lufttemperatur und/oder die Windgeschwindigkeit sein, z. B. in einer benachbarten Umgebung und/oder auch in der Zone.The invention can thus provide for not only preferentially defining a plurality of envelope surfaces per zone for the mathematical calculation model of the radiation temperature determination in a respective zone, but also assigning a defined parameter set to each defined envelope surface. Such a parameter set may comprise constant and / or variable parameters of the envelope surface. A constant parameter can be z. B. be a value that depends on the isolation of the envelope surface against a particular rear environment or reflects this. For example, the thermal conductivity or U-value of the component comprising the envelope surface may be such a constant parameter. A variable parameter may, for. B. be the air temperature and / or the wind speed, z. B. in an adjacent environment and / or in the zone.
So kann z. B. anhand der Lufttemperatur vor einer Hüllfläche in einer Zone, welche eine Außenwand begrenzt, der gemessenen Außenlufttemperatur hinter der Hüllfläche und einem bekannten U-Wert der Außenwand welche die betrachtete Hüllfläche aufweist, deren zur Zone weisende Oberflächentemperatur zumindest näherungsweise berechnet werden. Gleiches gilt auch für die Hüllflächen, die über ein materielles Element, wie z. B. eine Wand an andere Zonen angrenzen. Hier kann statt der Außentemperatur die Lufttemperatur in der benachbarten Zone herangezogen werden.So z. B. on the basis of the air temperature in front of an envelope surface in a zone which limits an outer wall, the measured outside air temperature behind the envelope surface and a known U-value of the outer wall which has the considered envelope surface whose surface temperature facing the zone are calculated at least approximately. The same applies to the envelope surfaces that have a material element, such. B. adjoin a wall to other zones. Here, instead of the outside temperature, the air temperature in the neighboring zone can be used.
Die Erfindung kann nun bevorzugt vorsehen, dass die Strahlungstemperatur gemittelt wird aus den gemessenen und/oder geschätzten Hüllflächentemperaturen der definierten Hüllflächen, wobei die jeweiligen Hüllflächentemperaturen mit der Flächengröße der jeweiligen Hüllfläche gewichtet werden.The invention can now preferably provide that the radiation temperature is averaged from the measured and / or estimated envelope surface temperatures of the defined envelope surfaces, wherein the respective envelope surface temperatures are weighted with the area size of the respective envelope surface.
Somit ergibt sich eine Strahlungstemperatur in einer Zone bevorzugt wie folgt: 
Der zweite Summenterm kann Null sein, sofern im erfindungsgemäßen Verfahren keinerlei Hüllflächentemperaturen messtechnisch durch die Oberflächentemperaturmessung von Hüllflächen vorgenommen wird. Bevorzugt werden jedoch zumindest die Hüllflächentemperaturen von solchen Hüllflächen messtechnisch erfasst, welche aktive, insbesondere aktiv elektrisch beheizte oder mit einem Wärmeträger durchflossene Heizelemente bilden.The second summation term can be zero, provided that in the method according to the invention no enveloping surface temperatures are measured by the surface temperature measurement of enveloping surfaces. However, at least the enveloping surface temperatures are preferably measured by measuring those enveloping surfaces which form active, in particular actively electrically heated or heating elements through which a heat transfer medium flows.
Der erste Summenterm kann ebenso Null sein, sofern alle Hüllflächentemperaturen gemessen werden, was aber ebenso in der Erfindung nicht bevorzugt ist.The first sum term can also be zero, provided that all enveloping surface temperatures are measured, but this is likewise not preferred in the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass die Regelung der operativen Komforttemperatur mit einer Zeitsteuerung, insbesondere einer pro Zone individuellen Zeitsteuerung überlagert ist, insbesondere die zu vorbestimmten Zeiten eine Regelung auf die operative Soll-Komfort-Temperatur trotz festgestellter Anwesenheit unterdrückt. Z. B. kann dies wochentags zu morgendlichen Zeiten in Wohnbereichen vorgesehen sein, wenn erfahrungsgemäß eine Person einen Wohnbereich nur kurz nutzt oder nur hindurchgeht und alsbald eine Wohnung verlässt um Arbeiten zu gehen.The method according to the invention can provide that the control of the operative comfort temperature is superimposed with a time control, in particular an individual time control per zone, in particular suppressing control to the desired operational comfort temperature despite predetermined presence at predetermined times. For example, this may be provided on weekdays at morning times in residential areas, if experience shows that a person uses a living area only briefly or only goes through and immediately leaves an apartment to go to work.
Sensoren zur Feststellung der Anwesenheit einer Person in einer Zone können z. B. als Infrarot-Bewegungsmelder oder Mikrowellenbewegungsmelder oder deren Kombination ausgebildet sein. Auch kann die Erfindung eine Anwesenheit aus anderen Ereignissen schließen, z. B. dem Feststellen der Anwesenheit eines Kommunikationsgerätes einer Person in dem Empfangsbereich eines auf Kommunikation beruhenden Sensors innerhalb einer Zone, dadurch, dass in der örtlichen Umgebung des Sensors ein Kommunikationsgerät eine Kommunikation mit dem Sensor beginnt. Bei solchen Sensoren kann es sich z. B. um ein Netzwerk-Zugangsgerät, z. B. WLAN-Access-Point handeln oder Bluetooth – Access-Point oder Bluetooth – Bake handeln.Sensors for detecting the presence of a person in a zone may, for. B. be designed as an infrared motion detector or microwave motion detector or their combination. Also, the invention may include presence from other events, e.g. B. detecting the presence of a communication device of a person in the reception area of a communication-based sensor within a zone, characterized in that in the local environment of the sensor, a communication device starts communication with the sensor. With such sensors, it may, for. B. to a network access device, for. B. Wifi Access Point or Bluetooth Access Point or Bluetooth Bake Act.
Das beschriebene erfindungsgemäße Regelungsverfahren kann z. B. in einer Regelelektronik ausgebildet sein, z. B. durch einen Computer, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung, auf welchem eine Software die Regelung anhand eines hinterlegten mathematischen Modells ausführt. Als Eingangsgrößen erhält die Regelelektronik die jeweils gemessenen Größen von externen Sensoren, also insbesondere von Temperatursensoren, Bewegungsmeldern oder Sensoren anderer Größen, aus denen eine Temperatur ermittelt werden kann.The described control method according to the invention can, for. B. be formed in a control electronics, z. Example, by a computer, in particular a programmable logic controller on which a software executes the control using a stored mathematical model. As input variables, the control electronics receives the respectively measured variables from external sensors, that is to say in particular from temperature sensors, motion detectors or sensors of other sizes, from which a temperature can be determined.
Die Erfindung wird anhand nachfolgender Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the following figures.
In den Zonen Z1 bis Z4 sind jeweils Bewegungsmelder B1 bis B4 angeordnet, um zu überwachen und festzustellen, ob in einer jeweiligen Zone wenigstens eine Person anwesend ist. Bewegungsmelder von aneinander angrenzenden Zonen, wie hier bei den Zonen Z1, Z2 und Z3 können auch in einer Einheit integriert sein, mit mehreren separaten Erfassungsbereichen.In the zones Z 1 to Z 4 each motion detectors B 1 to B 4 are arranged to monitor and determine whether at least one person is present in a respective zone. Motion detectors of adjoining zones, such as here in zones Z 1 , Z 2 and Z 3, can also be integrated in one unit, with several separate detection areas.
In den gebildeten und überwachten Zonen Z1 bis Z4 wird durch eine Heizungsregelung bei Abwesenheit z. B. eine abgesenkte Temperatur aufrechterhalten, z. B. von 17°C und beispielsweise mittels Konvektor-Heizkörpern oder auch Fußbodenheizung, Deckenheizung oder Wandheizung. In the formed and monitored zones Z 1 to Z 4 is z by a heating control in the absence. B. maintained a lowered temperature, for. B. of 17 ° C and for example by means of convector radiators or underfloor heating, ceiling heating or wall heating.
In den Zonen Z1 bis Z4 sind hier Strahlungsheizelemente SH1 bis SH4 angeordnet. Bezgl. sämtlicher möglicher Ausführungen der Erfindung ist die Anordnung von Strahlungsheizelementen an der Decke bevorzugt. Es können auch mehr als ein Strahlungsheizelement pro Zone vorgesehen sein. Mehrere Strahlungsheizelemente innerhalb einer Zone können auch auf verschiedenen Flächen angebracht sein, z. B. an der Decke und an der Wand.In the zones Z 1 to Z 4 Radiant heating elements SH 1 to SH 4 are arranged here. Bezgl. all possible embodiments of the invention, the arrangement of radiant heating elements on the ceiling is preferred. There may also be more than one radiant heater per zone. Several radiant heating elements within a zone may also be mounted on different surfaces, e.g. B. on the ceiling and on the wall.
Anhand der Zone 4 ist visualisiert, dass zu dieser Zone Z4 mehrere Hüllflächen definiert sind. Die Hüllfläche H1 bildet z. B. die Fläche aller identisch aufgebauter Außenwände, die an die äußere Umgebung angrenzen, H2 bildet die Fläche der identischen Innenwände, die an Zone Z1 angrenzen, H3 bildet die Fläche des Durchganges zur Zone Z1, H4 bildet die Fläche des Fensters, dass ebenso an die äußere Umgebung angrenzt. H5 ist die Fußbodenfläche und H6 die Deckenfläche. H7 bildet die Fläche des beheizten Strahlungsheizelementes SH4.Using zone 4, it is visualized that several enveloping surfaces are defined for this zone Z 4 . The envelope H 1 forms z. H 2 forms the surface of the identical inner walls adjacent to zone Z 1 , H 3 forms the surface of the passage to zone Z 1 , H 4 forms the surface of Window, which is also adjacent to the external environment. H 5 is the floor surface and H 6 is the ceiling surface. H 7 forms the surface of the heated radiant heating element SH 4 .
Zu jeder der definierten Hüllflächen H1 bis H7 kann ein Parametersatz gespeichert sein mit konstanten und/oder variablen Parametern. Z. B. kann der die Isolation repräsentierende U-Wert der Wand, welche von der betr. Hüllfläche begrenzt ist, ein konstanter Parameter sein. Ein variabler Parameter kann z. B. die Außentemperatur TA sein, die konkret gemessen werden kann und dann dem Parametersatz mit jedem Messintervall zugeordnet wird. Ein anderer variabler Parameter kann die Lufttemperatur in einer benachbarten Zone sein, insbesondere hier TZ1 in der Zone Z1.For each of the defined enveloping surfaces H 1 to H 7 , a parameter set can be stored with constant and / or variable parameters. For example, the U-value of the wall representing the insulation, which is limited by the envelope area, can be a constant parameter. A variable parameter may, for. B. the outside temperature T A , which can be measured concretely and then assigned to the parameter set with each measurement interval. Another variable parameter may be the air temperature in an adjacent zone, in particular here T Z1 in the zone Z 1 .
Z. B. kann die Hüllfläche H4 bzgl. der Hüllfläche H1 zwar denselben variablen Parameter TA bei der Außentemperatur haben, hat aber als konstanten Parameter einen anderen U-Wert, z. B. weil ein Fenster einen anderen U-Wert aufweist als eine gemauerte Wand.For example, although the envelope surface H 4 may have the same variable parameter T A at the outside temperature with respect to the envelope surface H 1 , it has a different U value as a constant parameter, for example. B. because a window has a different U-value than a masonry wall.
Die Lufttemperatur in der Zone Z4 wird mit einem Sensor TZ4 gemessen und anhand dieser Temperatur der Ist-Wert der operativen Temperatur in der Zone mit einem mathematischen Modell ermittelt, welches auf der Schätzung der Hüllflächentemperaturen H1 bis H6 und der Messung der Flächentemperatur des Heizelementes SH4 beruht, wie es im allgemeinen Teil beschrieben wurde.The air temperature in the zone Z 4 is measured with a sensor T Z4 and based on this temperature the actual value of the operating temperature in the zone is determined using a mathematical model based on the estimation of the envelope surface temperatures H 1 to H 6 and the measurement of the surface temperature of the heating element SH 4 is based, as described in the general part.
Durch Mittelung und Wichtung mit den Flächengrößen wird eine mittlere Strahlungstemperatur der Zone Z4 bestimmt und so zusammen mit der Lufttemperatur durch Mittelwertbildung die operative Temperatur bestimmt.By averaging and weighting with the area sizes, an average radiation temperature of the zone Z 4 is determined and determined together with the air temperature by averaging the operative temperature.
In der symbolisch dargestellten Regeleinheit R werden die Messgrößen von Bewegungsmelder B4, Luft-Temperatursensor TZ4, und Außenluft-Temperatursensor TA zusammengeführt und ausgewertet. Bei festgestellter Anwesenheit wird der Sollwert der operativen Temperatur auf die gewünschte Komforttemperatur festgesetzt, insbesondere von einer zuvor abgesenkten Temperatur erhöht, die operative Ist-Temperatur anhand der Messwerte und gespeicherten Parametern über das hinterlegte Modell geschätzt und die Regelabweichung zwischen der operativen Soll- und Ist-Temperatur verringert durch Ansteuerung des Heizelementes SH4.In the symbolically represented control unit R, the measured variables of motion detector B 4 , air temperature sensor T Z4 , and outside air temperature sensor T A are combined and evaluated. If presence is detected, the operating temperature setpoint is set to the desired comfort temperature, in particular increased from a previously lowered temperature, the actual operating temperature is estimated using the measured values and stored parameters via the stored model and the control deviation between the operative setpoint and actual Temperature reduced by activation of the heating element SH 4 .
Hier ist die Regeleinheit R in Zuordnung zur Zone Z4 dargestellt. Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass alle Zonen von derselben Regeleinheit R überwacht und geregelt werden.Here, the control unit R is shown in association with the zone Z 4 . The invention preferably provides that all zones are monitored and regulated by the same control unit R.
Die
Die in diesem Beispiel erkennbare Überschreitung der operativen Soll-Temperatur gegen Ende der Messung von ca. 21,1°C gegenüber 21°C resultiert daraus, dass die Hüllflächentemperaturen erfindungsgemäß geschätzt sind. In diesem Beispiel liegt eine leichte wertemäßige Unterschätzung der tatsächlichen Hüllflächentemperatur vor, sodass die Regelung die Strahlungsfläche etwas zu langsam herunterregelt, da sie intern meint genau bei 21°C zu sein. Die Abweichung belegt die Funktion der Erfindung, da die Messwerte eine Genauigkeit der erfindungsgemäßen Schätzung von 0,5% bestätigen.The apparent in this example exceeding the operative target temperature towards the end of the measurement of about 21.1 ° C compared to 21 ° C results from the fact that the envelope surface temperatures are inventively estimated. In this example, there is a slight value underestimation of the actual envelope surface temperature, so the control down-regulates the radiant area a little too slowly, since internally it means to be exactly 21 ° C. The deviation demonstrates the function of the invention, since the measured values confirm an accuracy of the inventive estimate of 0.5%.
Wird nun eine Anwesenheit in der Zone festgestellt, so wird wegen der zum Zeitpunkt T = 0 min vorliegenden Unterschreitung der operativen Soll-Temperatur das Strahlungsheizelement angesteuert, welches gemäß
Erfindungsgemäß wird in einer Endlosschleife des Regelkreises für jede Zone der Ist-Wert der operativen Temperatur ermittelt und mit dem Sollwert verglichen.According to the invention, the actual value of the operative temperature is determined for each zone in an infinite loop of the control loop and compared with the desired value.
Die
Das jeweilige Strahlungsheizelement kann in allen möglichen Ausführungsformen einen eigenen Regelkreis umfassen, der die Einhaltung einer vorgegebenen Soll-Temperatur sicherstellt. Diese Soll-Temperatur kann unmittelbar nach Erkennen einer Anwesenheit auf einen hohen Wert, hier im Beispiel 50°C, gesetzt werden und im Verlauf der Regelung der operativen Temperatur in der Zone abgesenkt werden. Insbesondere mit beginnender Annäherung der operativen Ist-Temperatur an die operative Soll-Temperatur (Komforttemperatur) reduziert werden, insbesondere bis auf eine Oberflächentemperatur, die zum konstant einhalten der operativen Soll-Temperatur notwendig ist.The respective radiant heating element may in all possible embodiments comprise its own control loop, which ensures compliance with a predetermined desired temperature. This setpoint temperature can be set to a high value immediately after detection of a presence, in this example 50 ° C., and lowered in the course of the regulation of the operating temperature in the zone. In particular, with the approaching approach of the operative actual temperature to the operative setpoint temperature (comfort temperature), in particular to a surface temperature which is necessary for the constant maintenance of the operative target temperature.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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