DE102017101047A1

DE102017101047A1 - Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage eines Gebäudes sowie gebäudetechnische Heizungsanlage

Info

Publication number: DE102017101047A1
Application number: DE102017101047.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Gerlach
Original assignee: Insta GmbH
Current assignee: Insta GmbH
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-21
Also published as: DE102017101047B4

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage 1 umfasst eine Heizeinheit mit einer Pumpe 4 zum Fördern eines von durch ein Heizgerät auf Vorlauftemperatur erwärmten Vorlauffluids, mehrere an den Vorlauf 5 angeschlossene und durch diesen versorgte Heizstränge H-Hsowie einen Rücklauf von den Heizsträngen H-Hzu der Heizeinheit, bei welchem Verfahren der Durchfluss durch jeden Heizstrang H-Hin Abhängigkeit von der von ihm benötigten Heizenergie und derjenigen zumindest eines weiteren Heizstranges eingestellt wird. Dabei ist vorgesehen,- dass jedem Heizstrang H-Hein sein Verhältnis zu zumindest einem weiteren Heizstrang widerspiegelnder Heizenergiefaktor zugeteilt wird,- dass der Durchfluss in jedem Heizstrang H-Hdurch ein bezüglich seiner Öffnungsweite mittels eines ansteuerbaren Aktors einstellbares Durchflussventil 8 mit linearer oder angenähert linearer Kennlinie unter Berücksichtigung des ihm zugeteilten Heizenergiefaktors gesteuert wird, und- dass die Temperatur des der Heizeinheit zugeführten Rücklauffluids oder eine diese Temperatur widerspiegelnde Größe dadurch geregelt wird, dass Regelabweichungen in der Rücklauftemperatur oder der diese widerspiegelnden Größe über die mittels einer entsprechenden Ansteuerung zumindest eines der Durchflussventile 8 durch die über die Heizstränge H-Habgegebene Energie ausgeregelt werden.Beschrieben ist des Weiteren eine gebäudetechnische Heizungsanlage 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage, umfassend eine Heizeinheit mit einer Pumpe zum Fördern eines von durch ein Heizgerät auf Vorlauftemperatur erwärmten Vorlauffluids, mehrere an den Vorlauf angeschlossene und durch diesen versorgte Heizstränge sowie einen Rücklauf von den Heizsträngen zu der Heizeinheit, bei welchem Verfahren der Durchfluss durch jeden Heizstrang in Abhängigkeit von der von ihm benötigten Heizenergie und derjenigen zumindest eines weiteren Heizstranges eingestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine gebäudetechnische Heizungsanlage, umfassend eine Heizeinheit mit einer Pumpe zum Fördern eines von durch ein Heizgerät auf Vorlauftemperatur erwärmten Vorlauffluids, mehrere an den Vorlauf angeschlossene und durch diesen versorgte Heizstränge, deren Durchfluss jeweils mittels eines Durchflussventils regelbar ist, sowie mit einem Rücklauf von den Heizsträngen zu der Heizeinheit.
Derartige gebäudetechnische Heizungsanlagen verfügen über eine Mehr- oder Vielzahl an einzelnen Heizsträngen. Diese können eine unterschiedliche Länge, eine unterschiedliche Entfernung zum Heizgerät und/oder zur Versorgung unterschiedlich großer Räume eingesetzt sein. Um die Heizungsanlage und insbesondere die Heizeinheit mit ihrer Förderpumpe effizient zu betreiben und Nutzern eine behagliche Umgebung bereitzustellen, werden die einzelnen Heizstränge hydraulisch gegeneinander abgeglichen. Damit wird erreicht, dass bei einer bestimmten Vorlauftemperatur als Arbeitspunkt der Heizungsanlage jeder Heizstrang mit der jeweils benötigten Wärmemenge versorgt wird. Ein solcher hydraulischer Abgleich wird etwa bei Fußbodenheizungen durch Einschalten eines Heizkreisverteilers typischerweise in den Vorlauf durchgeführt. Ein solcher Heizkreisverteiler verfügt über ein jedem Heizstrang zugeordnetes Ventil als Limitierer. Mit diesem Limitiererventil wird der maximale Durchfluss, der aus dem Vorlauf in einen Heizstrang einströmen kann, eingestellt. Durch den hydraulischen Abgleich wird die maximale Durchflussmenge in einen Heizstrang, der beispielsweise aufgrund eines kleiner dimensionierten Raumes, der durch diesen Heizstrang beheizt wird, eine geringere maximale Durchflussmenge eingestellt werden als bei einem größeren Raum, der mehr Heizenergie benötigt. Die für jeden Heizstrang vorgesehene Durchflussmenge kann berechnet und manuell eingestellt werden. Ein solcher hydraulischer Abgleich kann auch durch den Errichter der Heizungsanlage im Zusammenhang mit der Inbetriebnahme eingestellt werden. In jedem Fall ist ein hydraulischer Abgleich nicht immer unproblematisch und führt in etlichen Fällen nicht zu dem gewünschten Ergebnis. Um bei einer Unterversorgung größerer Räume dennoch die gewünschte Wärme bereitstellen zu können, wird mitunter die für die Heizungsanlage vorgesehene Förderpumpe durch eine Leistungsfähigere ersetzt. Dies hat jedoch zur Folge, dass dann die Heizeinheit nicht mehr mit der ursprünglich vorgesehenen Effizienz arbeiten kann. Ohne einen hydraulischen Abgleich würden einige Stränge überversorgt und andere Stränge unterversorgt werden. Zusätzlich ist in jeden Heizkreis ein Durchflussventil eingeschaltet. Mit diesem wird die nutzerseitig gewünschte Wärmeabgabe eingestellt. Ein solches Durchflussventil kann, wenn es sich hierbei nicht um ein manuell betätigbares Ventil handelt, durch einen Einzelraumregler angesteuert werden.
Bei der Heizeinheit kann es sich um eine Brennereinheit mit einem Brenner als Heizgerät ebenso handeln wie um eine Anlage mit einer Wärmepumpe als Heizgerät oder auch um eine Solaranlage. Diese Aufzählung ist nicht abschließend.
Ausgehend von diesem diskutierten Hintergrund liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage dergestalt weiterzubilden, dass sogar bei einem fehlenden hydraulischen Abgleich die einzelnen Heizstränge mit einer gleichen Heizleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen Raumgröße versorgt werden, und dass auch ein Betrieb der Heizeinheit in besonders effizienter Weise möglich ist. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine gebäudetechnische Heizungsanlage hierfür vorzuschlagen.
Gelöst wird die verfahrensbezogene Aufgabe durch ein eingangs genanntes, gattungsgemäßes Verfahren

- bei dem jedem Heizstrang ein sein Verhältnis zu zumindest einem weiteren Heizstrang widerspiegelnder Heizenergiefaktor zugeteilt wird,
- bei dem der Durchfluss in jedem Heizstrang durch ein bezüglich seiner Öffnungsweite mittels eines ansteuerbaren Aktors einstellbares Durchflussventil mit linearer oder angenähert linearer Kennlinie unter Berücksichtigung des ihm zugeteilten Heizenergiefaktors gesteuert wird und
- bei dem die Temperatur des der Heizeinheit zugeführten Rücklauffluids oder eine diese Temperatur widerspiegelnde Größe dadurch geregelt wird, dass Regelabweichungen in der Rücklauftemperatur oder der diese widerspiegelnden Größe mittels einer entsprechenden Ansteuerung zumindest eines der Durchflussventile durch die über die Heizstränge abgegebene Energie ausgeregelt werden.

Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird durch eine gebäudetechnische Heizungsanlage mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch weitergebildet, dass als Durchflussventile solche bezüglich ihrer Öffnungsweite mittels eines ansteuerbaren Aktors einstellbare Ventile vorgesehen sind und dass in den Rücklauf eingangsseitig bezüglich des Heizgerätes ein Temperatursensor zum Erfassen der Rücklauftemperatur angeordnet ist, welcher Temperatursensor an einen Rücklauftemperaturregler zum Regeln der Rücklauftemperatur angeschlossen ist, der mit einem Stellgrößenausgang an ein den Aktor eines Durchflussventils ansteuerndes Steuerglied angeschlossen ist, an welches Steuerglied zudem der Stellgrößenausgang eines diesem Heizstrang zugeordneten Heizstrangreglers angeschlossen ist.
Bei diesem Verfahren - gleiches gilt für die beanspruchte Heizungsanlage - werden als Durchflussventile solche eingesetzt, deren Öffnungsweite durch einen elektrisch ansteuerbaren Aktor einstellbar ist. Diese Ventile verfügen über eine lineare oder zumindest angenähert lineare Kennlinie. Dies bedeutet, dass bei diesen Ventilen ein linearer Zusammenhang zwischen dem ausgeübten Ventilhub und dem dann das Durchflussventil durchströmende Volumenstrom besteht. Entsprechendes gilt für eine zumindest angenähert lineare Kennlinie. Durchaus möglich ist auch der Einsatz von Durchflussventilen, die keine lineare Kennlinie aufweisen. Bei derartigen Ventilen kann eine Kennlinienlinearisierung vorgenommen werden mit dem Ergebnis, dass die auf diese Weise ermittelte Stellgröße einen linearen Zusammenhang zum Volumenstrom darstellt. Je kleiner die Volumenstromänderung bei einer Änderung des Ventilhubes ist, desto feinfühliger kann ein solches Durchflussventil eingestellt werden. Als Aktoren zum Ansteuern der Durchflussventile eignen sich elektromotorische Antriebe, etwa Elektromotoren. Diese können auch als Schrittmotoren realisiert sein. Durchaus ist auch der Einsatz elektromagnetischer Antriebe denkbar, solange die Ansteuerung stetig oder quasi stetig ist.
Bei einer Verwendung von Elektromotoren sind diese typischerweise an ein Untersetzungsgetriebe angeschlossen. Die Ventilstellung kann über den elektromotorischen Antrieb erfasst werden. Nachdem in einem ersten Schritt der gesamte Ventilhubbetrag durch den Elektromotor bewegt worden ist und dieser beispielsweise über eine Zählung von Drehimpuls, beispielsweise Lichtimpulsen erfasst ist, kann hieraus jede Zwischenstellung ermittelt werden. Derartige Techniken sind hinlänglich bekannt und müssen daher an dieser Stelle nicht ausführlicher abgehandelt werden.
Die Ansteuerung der Durchflussventile erfolgt unter Berücksichtigung eines dem jeweiligen Heizstrang zugeteilten Heizenergiefaktors. Durch diesen Faktor ist jeder Heizstrang zu zumindest einem weiteren, an den Vorlauf angeschlossenen Heizstrang in Bezug gesetzt, typischerweise jeweils in Bezug zu dem mit dem größten Heizenergiebedarf. Der Heizenergiefaktor kann beispielsweise die Heizstranglänge, die von dem Heizstrang beheizte Fläche und/oder die Raumgröße, der durch den Heizstrang zu erwärmen ist, berechnet sein. Wird beispielsweise die Raumgröße anhand seiner Grundfläche als Heizenergiefaktor verwendet, kann die Raumgröße jedes Raumes zu dem größten Raum bzw. des jeweils benötigten Durchströmungsvolumens pro Zeiteinheit in diesem Heizstrang ins Verhältnis gesetzt werden. Die Ansteuerung der Durchflussventile erfolgt somit unter Berücksichtigung des dem jeweiligen Heizstrang zugeteilten Heizenergiefaktors. Die Ansteuerung der Durchflussventile der unterschiedlichen Heizstränge erfolgt somit unter Berücksichtigung eines hydraulischen Abgleiches. Selbst wenn ein hydraulischer Abgleich im Zusammenhang mit der Inbetriebnahme der Heizungsanlage vorgenommen worden ist, kann mit diesem Verfahren die Heizungsanlage effizienter betrieben werden. Begründet ist dieses durch die Rücklauftemperaturregelung. Das Rücklauffluid wird bei einigen Heizanlagen vor ihrer Zuführung an das Heizgerät, beispielsweise den Brenner, vorerwärmt. Bei Brennern kann auf diese Weise der Brennwertvorteil besonders genutzt werden. Ein hydraulischer Abgleich bei der Inbetriebnahme der Heizungsanlage ist grundsätzlich allerdings nicht erforderlich. Auch das Einschalten eines Limitierventils ist zur Durchführung des Verfahrens grundsätzlich nicht erforderlich. Es ist allerdings unerheblich, wenn bei der Errichtung der Heizungsanlage Limitierventile eingebaut worden sind. In einem solchen Fall wird man diese vorzugsweise auf eine gleiche Ventilöffnungsstellung einstellen. Sind die Heizenergiefaktoren ermittelt und jedem Heizstrang ein solcher zugeteilt, ist der hydraulische Abgleich in der Ansteuerung der Durchflussventile berücksichtigt. Von Vorteil hierbei ist, dass in Abhängigkeit von den durch die Ansteuerung bzw. Regelung des bzw. der Durchflussventile erzielten Heizergebnisse dieser Faktor während des laufenden Betriebs der Heizungsanlage auch geändert und damit an das Gewünschte optimal angepasst werden kann.
Bei dem beanspruchten Verfahren ist die Temperatur des Rücklauffluids geregelt. Zu diesem Zweck erfasst ein Temperatursensor die Temperatur des Rücklauffluids im Bereich seines Zuflusses zu der Heizeinheit. Geregelt wird die Rücklauftemperatur über die von den Heizsträngen abgegebene Wärme und somit über die diesbezügliche Ansteuerung der Durchflussventile. Ist die Rücklauftemperatur zu warm, wird im Zuge der Regelung in mindestens einem Heizstrang der Volumenstrom reduziert, sodass das Heizfluid länger die Wärme in den Heizregistern des Heizstranges, beispielsweise einer Fußbodenheizung, abgeben kann. Demzufolge wird die Rücklauftemperatur abgesenkt. Eine nicht zu hohe Temperatur des Rücklauffluides gewährleistet, dass ein Heizgerät besonders energieeffizient arbeiten kann. Das Rücklauffluid wird bei Heizanlagen, die beispielsweise Brenner als Heizgeräte verwenden, bevor diese der Brennererwärmung zugeführt werden, durch die thermische Energie der Abgase vorerwärmt. Dieser Brennwertvorteil ist besonders groß, wenn die Rücklauftemperatur niedrig und somit das Potenzial einer Vorerwärmung durch die Abgase besonders effektiv ist. Je mehr Energie aus den Abgasen zur Vorerwärmung des Rücklauffluids entnommen wird, desto weniger primäre Heizleistung muss durch den Brenner bereitgestellt werden. Durch den Rücklauf wird in manchen Fällen der Energieträger zum Betreiben eines Heizgerätes vorerwärmt, was sich wiederum positiv auf den Brennvorgang auswirkt. Entsprechende Vorteile einer Regelung des Rücklauffluides zum effizienteren Betreiben des Heizgerätes ergeben sich auch bei Wärmepumpen. Die Effizienz einer solchen Wärmepumpe steigt mit zunehmender Temperaturdifferenz zwischen dem zugeführten, zu erwärmenden Fluid und dem erwärmten, abzuführenden Fluid.
Die Rücklauftemperaturregelung beeinflusst die Öffnungsweite der Durchflussventile der Heizstränge in Abhängigkeit von dem jedem Heizstrang zugeordneten Heizenergiefaktor. Diese nachfolgend als Reduktionsfaktor angesprochene Stellgröße beinhaltet somit den jedem Heizstrang zugeordneten Heizenergiefaktor und die sich aus der Rücklauftemperaturregelung ergebende Stellgröße. Wenn zusätzlich zu dieser Heizstrangregelung eine individuelle Heizstrangregelung über Einzelraumregler vorgesehen ist, wird eine Ventilstellgröße bereitgestellt, in der der Reduktionsfaktor und die sich aus der Einzelraumregelung ergebende Stellgröße enthalten sind. Die Ventilstellgröße kann durch eine Multiplikation des Reduktionsfaktors mit der Stellgröße des Einzelraumreglers gebildet werden.
Auf diese Weise kann nicht nur das Heizgerät in besonders energieeffizienter Art und Weise betrieben und es kann auf einen hydraulischen Abgleich bei der Inbetriebnahme verzichtet werden, sondern dieses Konzept gewährleistet vor allem in den durch jeden Heizstrang beheizten Raum ein gleichermaßen gutes Heizergebnis. Die Regelung der Gesamtrücklauftemperatur, das heißt der Temperatur des Rücklauffluids, nachdem sämtliche Heizstrangrückläufe zusammengeführt sind, erlaubt eine Temperaturermittlung an einer einzigen Stelle, beispielsweise innerhalb der Heizeinheit. Diese Temperaturermittlung kann auch an anderer Stelle erfolgen, beispielsweise in jedem in dem Gebäude befindlichen Heizkreisverteiler. Der diesbezüglich zu betreibende Aufwand ist daher nur gering. Die einzelnen Heizstränge sind bei der Installation vorbereitet, dass in diese jeweils der gleiche Volumenstrom einströmen kann. Im Falle des Einsatzes eines Heizkreisverteilers sind die diesbezüglichen Heizkreisventile auf den Maximalwert des Volumenstromlimitierers reduziert.
Für die Rücklauftemperaturregelung kann die Rücklauftemperatur als solche oder eine diese widerspiegelnde Größe verwendet werden, wie beispielsweise die Spreizung zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur. Als Regler für die Rücklauftemperaturregelung kann ein einfacher P-Regler eingesetzt werden, wenn die verbleibende Reglerabweichung akzeptabel ist. Ist dieses nicht der Fall, wird man typischerweise für die Regelung der Rücklauftemperatur einen PI-Regler oder einen PID-Regler einsetzen. Handelt es sich bei den Heizsträngen um Fußbodenheizungen und wird die Rücklauftemperatur über die Spreizung zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur geregelt und sollte die Soll-Spreizung zwischen 8 und 10 K betragen, eignet sich ein Proportionalregler mit einem P-Band von 1 bis 2 K.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: eine schematisierte Darstellung nach Art eines Blockschaltbildes einer gebäudetechnischen Heizungsanlage,
2: eine Detaildarstellung zur Ansteuerung eines Durchflusses eines Heizstranges der Heizungsanlage der 1,
3: die Ventilkennlinie des in 2 gezeigten Durchflussventils, und
4: eine gebäudetechnische Heizungsanlage nach Art eines Blockschaltbildes in einer Ausführung nach dem Stand der Technik.

Eine Heizungsanlage 1 eines Gebäudes umfasst eine Brennereinheit 2. Die Brennereinheit 2 beinhaltet einen Brenner 3 und eine Förderpumpe 4. Die Förderpumpe 4 fördert durch den Brenner 3 erwärmtes Fluid, hier: Wasser in einen an die Brennereinheit 2 angeschlossenen Vorlauf 5. An dem Vorlauf 5 sind mehrere Heizstränge H₁-H₄ angeschlossen. Die Heizstränge H₁-H₄ sind ausgangsseitig an einen Rücklauf 6 angeschlossen, der wiederum zu der Brennereinheit 2 zurückgeführt ist. Die Brennereinheit 2 verfügt im Bereich des Einganges des Rücklaufes 6 über einen Temperatursensor 7, mit dem die Temperatur des über den Rücklauf 6 zurückfließenden Wassers erfasst wird. Die Brennereinheit 2 verfügt über weitere Baugruppen und daran angeschlossene Sensoren, wie beispielsweise einen Außentemperatursensor, welche weiteren Baugruppen zur Vereinfachung der Darstellung in der 1 nicht gezeigt sind. Die Fließrichtung des durch die Förderpumpe 4 geförderten Fluids in den Vorlauf 5 und von dem Rücklauf 6 zur Brennereinheit 2 zurück ist durch Pfeile kenntlich gemacht.
Die Heizstränge H₁-H₄ sind in der Darstellung der 1 unterschiedlich groß wiedergegeben. Bei den Heizsträngen handelt es sich um jeweils in einem Raum verlegte Fußbodenheizstränge. Die in 1 wiedergegebene Größe symbolisiert die unterschiedliche Größe der von dem jeweiligen Heizstrang H₁-H₄ beheizten Raumes.
Nachfolgend ist der Heizstrang H₁ detaillierter beschrieben. Die Heizstränge H₂-H₄ sind identisch aufgebaut. An der Vorlaufseite des Heizstranges H₁ befindet sich eingeschaltet in den Vorlauf ein Durchflussventil 8, mit dem der dem Heizstrang H₁ zugeführte Volumenstrom des Heizfluides und damit die ihm zugeführte Wärmemenge eingestellt werden kann. Das Durchflussventil 8 ist durch einen Elektromotor 9 zum Verstellen seines Ventilhubes ansteuerbar (siehe 2). Der Elektromotor 9 steuert das Durchflussventil 8 unter Zwischenschaltung eines in den Figuren nicht gesondert dargestellten Untersetzungsgetriebes an. Über geeignete Maßnahmen, beispielsweise eine Lichtimpulszählung, lässt sich die an das Getriebe gekoppelte Ventilstellung erfassen. Derartige Lichtimpulszählmaßnahmen sind hinlänglich bekannt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weicht die Ventilkennlinie VKL, wie aus 3 ersichtlich, von der in dieser Figur gestrichelt wiedergegebenen theoretischen linearen Grundform etwas ab. Dieses ist der Ventilautorität der eingesetzten Durchflussventile 8 geschuldet. In dem Diagramm ist eine Nichtlinearität, bedingt durch eine Ventilautorität von PV = 0,35 vorhanden. Diese Abweichung von der linearen Grundform ist für das Verfahren unkritisch. Auch höhere Abweichungen sind ohne Korrekturmaßnahmen bis zu einer Abweichung von etwa 0,4 bis 0,45 tolerabel.
Wenn die Abweichung von der linearen Grundform aufgrund der Ventilautorität größer ist, können auch diese für die Durchführung dieses Verfahrens genutzt werden. Es wird dann eine Kennlinienlinearisierung vorgenommen, um den Zusammenhang zwischen Stellgröße (= Ventilhub) und Volumenstrom in hinreichendem Maße zu gewährleisten. Eine solche Linearisierung lässt sich mit an sich bekannten Maßnahmen auf Basis der tatsächlichen Ventilkennlinie durchführen. Da die Durchflussventile 8 der einzelnen Heizstränge H₁-H₄ einer solchen Heizungsanlage 1 identisch sind, gilt die vorbeschriebene Korrektur für alle Durchflussventile 8 gleichermaßen. Das Verfahren kann jedoch auch durchgeführt werden, wenn bei einer solchen Heizungsanlage 1 in unterschiedlichen Heizsträngen H₁-H₄ Durchflussventile 8 mit unterschiedlichen nicht mehr tolerablen Kennlinien eingesetzt werden. Dann erfolgt eine Kennlinienlinearisierung für die unterschiedlichen Durchflussventile 8 in entsprechend unterschiedlicher Art und Weise.
Angesteuert wird der Elektromotor 9 des Durchflussventils 8 durch ein Steuerglied 10. Das Steuerglied 10 verfügt über zwei Stellgrößeneingänge 11, 12. An dem Stellgrößeneingang 11 ist ein Einzelraumregler 13 angeschlossen. Über den Einzelraumregler 13 lässt sich die gewünschte Temperatur in dem von dem Heizstrang H₁ beheizten Raum einstellen. Somit ist der Stellgrößeneingang 11 durch die durch den Einzelraumregler 13 bereitgestellte Stellgröße beaufschlagt. An den zweiten Stellgrößeneingang 12 ist der Ausgang A₁ eines Rücklauftemperaturreglers 14 angeschlossen. Der Rücklauftemperaturregler 14 beaufschlagt den Stellgrößeneingang 12 des Steuergliedes 10 mit einem Korrekturfaktor. In entsprechender Weise sind die Steuerglieder der weiteren Heizstränge H₂-H₄ an Stellgrößenausgänge A₂-A₄ des Rücklauftemperaturreglers 14 angeschlossen. Eingangsseitig ist an den Rücklauftemperaturregler 14 der Temperatursensor 7 angeschlossen. Mit dem Temperatursensor 7 wird die Temperatur des durch den Rücklauf 6 strömenden Fluids erfasst, welche die kumulierte Temperatur der Rückläufe der einzelnen Heizstränge H₁-H₄ darstellt. In nicht dargestellter Art und Weise wird das Rücklauffluid, bevor dieses dem Brenner 3 zugeführt wird, durch die von dem Brenner 3 produzierten Abgase vorerwärmt. Derartige Technologien sind hinlänglich bekannt und werden an dieser Stelle eingesetzt.
Jedem Heizstrang H₁-H₄ der Heizungsanlage 1 ist ein Heizenergiefaktor zugeordnet. Über diesen Faktor wird während des Betriebes der Heizungsanlage 1 der hydraulische Abgleich vorgenommen. Da es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bezüglich der Heizstränge H₁-H₄ um Fußbodenheizungen handelt, wird als Heizenergiefaktor ein Flächenfaktor verwendet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die mit dem jeweiligen Heizstrang H₁-H₄ zu beheizende Fußbödenflächen unterschiedlich groß. Bei dem Heizstrang H₁ beträgt die beheizte Fußbodenfläche 5 m², bei dem Heizstrang H₂ 10 m², bei dem Heizstrang H₃ 15 m² und bei dem Heizstrang H₄ 20 m². Der Flächenfaktor wird durch ein Ins-Verhältnis-Setzen der Größe der zu beheizenden Flächen der Heizstränge H₁-H₄ im Bezug auf den Heizstrang mit der größten Fläche, hier: dem Heizstrang H₄ vorgenommen. Entsprechend der Größe wird das durch den Vorlauf 5 geförderte Fluid auf die einzelnen Heizstränge H₁-H₄ aufgeteilt. Dies ergibt für den Heizstrang H₁ einen Flächenfaktor von 0,25, für den Heizstrang H₂ einen Flächenfaktor von 0,5, für den Heizstrang H₃ einen Flächenfaktor von 0,75 und für den Heizstrang H₄ einen Flächenfaktor von 1. Diese Faktoren sind in den Rücklauftemperaturregler 14 im Bezug auf die Heizkreise H₁-H₄ einprogrammiert und werden bei der Bereitstellung des Reduktionsfaktors zum Ansteuern des jeweiligen Steuergliedes 10 berücksichtigt. Auf diese Weise beinhaltet der für jeden Heizkreis H₁-H₄ bereitgestellte Reduktionsfaktor den hydraulischen Abgleich. Daher ist jedes Steuerglied 10 mit einer eigenen Leitung an den dem jeweiligen Heizstrang H₁-H₄ zugeordneten Stellgrößenausgang A₁-A₄ des Rücklauftemperaturreglers 14 angeschlossen.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Steuerglied 10 jeweils dem Durchflussventil 8 zugeordnet. Es versteht sich, dass das Steuerglied 10 ebenso an anderer Stelle angeordnet sein kann, beispielsweise als Bestandteil des Einzelraumreglers 13.
Wird eine auszuregelnde Regelabweichung in der Rücklauftemperatur festgestellt, wird dieses über den Rücklauftemperaturregler 14 durch Bereitstellen eines entsprechenden Reduktionsfaktors, der aus dem Flächenfaktor und der zur Ausregelung der Regelabweichung ermittelten Stellgröße gebildet ist, ausgeregelt. Jedes Steuerglied 10 eines jeden Heizstranges H₁-H₄ ist entsprechend angesteuert. Ist die erfasste Regelabweichung positiv, das heißt: die erfasste Temperatur des Rücklaufs ist geringer als der vorgesehene Sollwert, wird das Steuerglied 10 mit einer Stellgröße beaufschlagt, damit das Durchflussventil 8 entsprechend dem von dem Rücklauftemperaturregler 14 bereitgestellten Reduktionsfaktor geöffnet wird. Gleichermaßen wird von dem Rücklauftemperaturregler 14 ein Reduktionsfaktor zur Verfügung gestellt, wenn die erfasste Rücklauftemperatur oberhalb der gewünschten Rücklauftemperatur liegt mit der Folge, dass dann die Durchflussventile 8 der Heizstränge H₁-H₄ entsprechend geringer geöffnet werden. Insofern erfolgt eine Ansteuerung der Durchflussventile 8 nicht nur in Abhängigkeit von der von einem Einzelraumregler 13 bereitgestellten Einzelraumreglerstellgröße, sondern auch in Abhängigkeit von dem von dem Rücklauftemperaturregler 14 bereitgestellten Reduktionsfaktor. In dem Steuerglied 10 wird zur Ermittlung der Ventilstellgröße zum Ansteuern des Elektromotors 9 der Reduktionsfaktor mit der Einzelraumregelstellgröße multipliziert.
Bei dem in den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel beinhaltet der Rücklauftemperaturregler 14 einen PI-Regler. Der Rücklauftemperaturregler 14 beinhaltet einen Begrenzer, durch den der Reduktionsfaktor auf einen Wertebereich von 0 bis 1 eingeschränkt wird.
4 zeigt eine Heizungsanlage 1.1 in einer Ausgestaltung nach dem Stand der Technik. Die Brennereinheit 2.1 umfasst ebenfalls einen Brenner 3.1 sowie eine Förderpumpe 4.1. An den Vorlauf 5.1 und den Rücklauf 6.1 sind die Heizstränge H₁-H₄ angeschlossen. Eingangsseitig bezüglich der Heizstränge H₁-H₄ befindet sich jeweils ein Heizkreisverteilerventil 15 und diesem nachgeschaltet ein manuell einstellbares Durchflussventil 8.1, über das die Durchflussmenge durch den jeweiligen Heizstrang eingestellt werden kann. Das Heizkreisverteilerventil 15 ist bei der Einrichtung der Heizungsanlage 1.1 im Rahmen eines hydraulischen Abgleiches eingestellt worden. Die bei der Inbetriebnahme eingestellte Durchflussmenge der als Limitierventile dienenden Heizkreisverteilerventile 15 wird im Betrieb der Heizungsanlage 1.1 nicht mehr geändert.
Bei der erfindungsgemäßen Heizungsanlage 1 besteht aufgrund der regelungstechnisch berücksichtigten Vorgabe durch den Flächenfaktor (Heizenergiefaktor) die Möglichkeit, diese in den einzelnen Heizsträngen H₁-H₄ oder auch nur in einem Heizstrang anzupassen, wenn eine Ausregelung über die von dem Rücklauftemperaturregler 14 bereitgestellte Stellgröße nicht in dem gewünschten Maße erfolgt. Damit ist die Heizungsanlage 1 bezüglich des von ihr berücksichtigten hydraulischen Abgleich adaptiv.
Grundsätzlich ist es möglich, auch Durchflussventile einzusetzen, die keine angenäherte lineare Ventilkennlinie aufweisen, sich eine solche jedoch mathematisch aus der tatsächlichen Ventilkennlinie berechnen lässt. In einem solchen Fall wird die Ansteuerung der Durchflussventile 8 auf Grundlage der mathematischen Beschreibung der tatsächlichen Ventilkennlinie erfolgen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung umsetzen zu können, ohne dass diese im Rahmen dieser Ausführungen individuell angesprochen werden müssten.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Heizungsanlage
2, 2.1: Brennereinheit
3, 3.1: Brenner
4, 4.1: Förderpumpe
5, 5.1: Vorlauf
6, 6.1: Rücklauf
7: Temperatursensor
8, 8.1: Durchflussventil
9: Elektromotor
10: Steuerglied
11: Stellgrößeneingang
12: Stellgrößeneingang
13: Einzelraumregler
14: Rücklauftemperaturregler
15: Heizkreisverteilerventil
A₁-A₄: Stellgrößenausgang
H₁-H₄: Heizstrang
VKL: Ventilkennlinie

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Heizungsanlage (1), umfassend eine Heizeinheit mit einer Pumpe (4) zum Fördern eines von durch ein Heizgerät auf Vorlauftemperatur erwärmten Vorlauffluids, mehrere an den Vorlauf (5) angeschlossene und durch diesen versorgte Heizstränge (H₁-H₄) sowie einen Rücklauf (6) von den Heizsträngen (H₁-H₄) zu der Heizeinheit, bei welchem Verfahren der Durchfluss durch jeden Heizstrang (H₁-H₄) in Abhängigkeit von der von ihm benötigten Heizenergie und derjenigen zumindest eines weiteren Heizstranges eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, - dass jedem Heizstrang (H₁-H₄) ein sein Verhältnis zu zumindest einem weiteren Heizstrang widerspiegelnder Heizenergiefaktor zugeteilt wird, - dass der Durchfluss in jedem Heizstrang (H₁-H₄) durch ein bezüglich seiner Öffnungsweite mittels eines ansteuerbaren Aktors einstellbares Durchflussventil (8) mit linearer oder angenähert linearer Kennlinie unter Berücksichtigung des ihm zugeteilten Heizenergiefaktors gesteuert wird und - dass die Temperatur des der Heizeinheit zugeführten Rücklauffluids oder eine diese Temperatur widerspiegelnde Größe dadurch geregelt wird, dass Regelabweichungen in der Rücklauftemperatur oder der diese widerspiegelnden Größe mittels einer entsprechenden Ansteuerung zumindest eines der Durchflussventile (8) durch die über die Heizstränge (H₁-H₄) abgegebene Energie ausgeregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage der aus der Regelung der Rücklauftemperatur resultierenden Stellgröße in Bezug auf jeden Heizstrang (H₁-H₄) die mit einem diesem Heizstrang (H₁-H₄) zugeordneten Einzelraumregler (13) überwachte Regelgröße zum Ansteuern seines Durchflusses ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den beim Ausregeln von Regelabweichungen in der Rücklauftemperatur erzielten Ergebnissen der Heizenergiefaktor wenigstens eines Heizstranges (H₁-H₄) geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Rücklauftemperatur widerspiegelnde Größe die Spreizung zwischen der Vorlauftemperatur und der Rücklauftemperatur verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklauf (6) auf eine für einen bezüglich seiner Effizienz optimalen Betrieb des Heizgerätes ausgelegte Rücklauftemperatur geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstränge (H₁-H₄) Fußboden- und/oder Wandheizungen sind und als Heizenergiefaktor ein Flächenfaktor verwendet wird.
Gebäudetechnische Heizungsanlage, umfassend eine Heizeinheit mit einer Pumpe (4) zum Fördern eines von durch ein Heizgerät auf Vorlauftemperatur erwärmten Vorlauffluids, mehrere an den Vorlauf (5) angeschlossene und durch diesen versorgte Heizstränge (H₁-H₄), deren Durchfluss jeweils mittels eines Durchflussventils (8) regelbar ist, sowie mit einem Rücklauf (6) von den Heizsträngen (H₁-H₄) zu der Heizeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflussventile (8) solche bezüglich ihrer Öffnungsweite mittels eines ansteuerbaren Aktors ansteuerbare Ventile vorgesehen sind und dass in den Rücklauf (6) eingangsseitig bezüglich des Heizgerätes ein Temperatursensor (7) zum Erfassen der Rücklauftemperatur angeordnet ist, welcher Temperatursensor (7) an einen Rücklauftemperaturregler (14) zum Regeln der Rücklauftemperatur angeschlossen ist, der mit einem Stellgrößenausgang A₁-A₄ an ein den Aktor eines Durchflussventils (8) ansteuerndes Steuerglied (10) angeschlossen ist, an welches Steuerglied (10) zudem der Stellgrößenausgang eines diesem Heizstrang (H₁-H₄) zugeordneten Heizstrangreglers angeschlossen ist.
Heizungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussventile (8) stetig angesteuert sind.
Heizungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussventile (8) durch einen Elektromotor (9) angesteuert sind.
Heizungsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Ansteuerung der Durchflussventile (8) über eine Lichtimpulssteuereinrichtung zum Bestimmen der aktuellen Ventilstellung verfügt.
Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstränge (H₁-H₄) Fußboden- und/oder Wandheizungen sind.
Heizungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstränge (H₁-H₄) auf eine einheitliche maximale Durchströmmenge pro Zeiteinheit bei maximal geöffneten Durchflussventilen (8) eingestellt sind.
Heizungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die einheitliche maximale Durchströmungsmenge pro Zeiteinheit bei maximal geöffneten Durchflussventilen (8) durch ein in jeden Heizstrang (H₁-H₄) eingeschaltetes Limitierventil eingestellt ist.