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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Heizungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Überwachungsvorrichtung, welche gemäß dem Verfahren betrieben wird und eine Heizungsanlage mit der Überwachungsvorrichtung.
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Stand der Technik
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Geschlossene flüssigkeitsbetriebene Heizungen sind komplexe Anlagen, in denen eine Vielzahl von Betriebsparametern aufeinander abgestimmt sind, um einen sicheren Betrieb der Heizungen sicherzustellen. Es ist bereits bekannt, Betriebsparameter zu erfassen und informationstechnisch auszuwerten.
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Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 10 2018 214 837 A1 eine Zusatzvorrichtung für eine technische Anlage, insbesondere für eine Heizungsanlage. Die Zusatzvorrichtung ist zur Überwachung der technischen Anlage ausgebildet. Sie umfasst eine Sensoreinheit zur Erfassung von Betriebsparametern der technischen Anlage als Sensordaten, eine Kommunikationseinheit zur Übermittlung der Sensordaten und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensordaten. Auf Basis der ausgewerteten Sensordaten können anlagespezifische Informationen bereitgestellt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstände der Erfindung sind ein Verfahren zum Betrieb einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Heizungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und eine Heizungsanlage mit der Überwachungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 15. Bevorzugte, vorteilhafte und/oder weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den Figuren.
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Es wird ein Verfahren zur Überwachung einer Heizungsanlage mit einer Überwachungsvorrichtung vorgeschlagen. Die Überwachungsvorrichtung ist beispielsweise eine Rechnereinheit, welche insbesondere mit der Heizungsanlage und/oder Komponenten der Heizungsanlage signaltechnisch verbunden ist. Die Heizungsanlage ist bevorzugt als eine flüssigkeitsbetriebene Heizungsanlage ausgebildet. Die Heizungsanlage umfasst vorzugsweise ein geschlossenes Heizungshydrauliksystem. Insbesondere ist die Heizungsanlage zur Temperierung von Brauchwasser und zur Temperierung einer Flüssigkeit, z.B. Wasser, als Wärmeträger durch eine Temperaturerhöhung ausgebildet. Im Speziellen ist die Heizungsanlage dazu ausgebildet, Räume und/oder Bereiche eines Gebäudes zu heizen.
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Die Heizungsanlage umfasst vorzugsweise einen Wärmeerzeuger mit einem nachgeschalteten Wärmetauscher zur Temperierung der Flüssigkeit auf eine Flüssigkeitstemperatur, einen oder mehrere Heizkreise und eine Umwälzpumpe zum Umwälzen der Flüssigkeit durch den/die Heizkreis/e. Die Heizungsanlage umfasst optional mindestens einen, bevorzugt mehrere Wärmeverbraucher, z.B. Heizflächen, zum Heizen der Räume und/oder Bereiche, wobei die Wärmeverbraucher in dem Heizkreisintegriert sind. Vorzugsweise wird die Flüssigkeit durch den Wärmeerzeuger und mittels des Wärmetauschers auf eine Vorlauftemperatur erwärmt. Die Vorlauftemperatur ist üblicherweise an eine Außentemperatur angepasst, um das Gebäude ausreichend zu heizen. Insbesondere muss die Vorlauftemperatur bei geringen Außentemperaturen höher sein als bei höheren Außentemperaturen.
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Insbesondere wird die Flüssigkeit mit der Vorlauftemperatur von dem Wärmeerzeuger aus in den Heizkreis und durch die Wärmeverbraucher umgewälzt. Bei dem Strömen der Flüssigkeit durch den/die Heizkreis/e verliert die Flüssigkeit an Temperatur, sodass die Flüssigkeit mit einer gegenüber der Vorlauftemperatur geringeren Rücklauftemperatur zu dem Wärmetauscher zurückströmt. Die Flüssigkeit weist in dem/den Heizkreis/en einen Primärdruck auf. Insbesondere ist der Primärdruck direkt abhängig von und/oder proportional zu der Flüssigkeitstemperatur, insbesondere zu der Vorlauf- und/oder Rücklauftemperatur.
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Die Heizungsanlage weist eine Primärseite und eine Sekundärseite auf. Die Primärseite ist im Rahmen der Erfindung vorzugsweise durch das geschlossene Heizungshydrauliksystem, insbesondere durch den/die Heizkreis/e gebildet. Die Sekundärseite ist bevorzugt durch einen von dem Heizungshydrauliksystem, insbesondere von dem/den Heizkreis/en, abgetrennten gasgefüllten zweiten Bereich eines Druckausdehnungsgefäßes der Heizungsanlage gebildet.
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Vorzugsweise umfasst die Heizungsanlage das Druckausdehnungsgefäß, welches insbesondere ein Membran-Druckausdehnungsgefäß ist. Bevorzugt weist das Druckausdehnungsgefäß einen ersten Bereich auf, welcher dazu ausgebildet ist, ein Ausdehnungsvolumen der Flüssigkeit der Heizungsanlage bei der Temperaturerhöhung aufzunehmen. Hierzu ist der erste Bereich insbesondere strömungstechnisch mit dem/den Heizkreis/en verbunden.
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Das Druckausdehnungsgefäß weist den zweiten Bereich auf, der dazu ausgebildet ist, das Gas, insbesondere Stickstoff, aufzunehmen. Vorzugsweise sind der erste Bereich und der zweite Bereich durch eine Membran voneinander getrennt. Beispielsweise ist der zweite Bereich unterhalb des ersten Bereichs in dem Druckausdehnungsgefäß angeordnet. Das Gas ist insbesondere dazu ausgebildet, eine Korrosion der wasserführenden Teile der Heizungsanlage zu vermeiden und somit eine Leckage durch Gasdiffusion in die Flüssigkeit zu verhindern.
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Das Gas ist bevorzugt in Abhängigkeit des Primärdrucks komprimierbar. Bei einer Erhöhung der Flüssigkeitstemperatur dehnt sich die Flüssigkeit in dem/den Heizkreis/en und in dem ersten Bereich aus und drückt das Gas zusammen, sodass sich der Primärdruck in dem/den Heizkreis/en nicht ändert. Ein Sinken der Flüssigkeitstemperatur führt insbesondere zu einer Reduzierung des Volumens der Flüssigkeit in dem/den Heizkreis/en, wodurch sich die Flüssigkeit teilweise aus dem ersten Bereich des Druckausdehnungsgefäßes zurückzieht und das Gas sich wieder ausdehnt. Somit dient das Druckausdehnungsgefäß insbesondere dazu, den Primärdruck konstant zu halten und somit eine gleichmäßige Wärmeversorgung im Gebäude durch die Heizungsanlage zu gewährleisten.
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Bevorzugt weist das Druckausdehnungsgefäß eine Ventileinrichtung auf, welche zum Beispiel ein Autoventil ist. Die Ventileinrichtung ist dazu ausgebildet, das Gas in den zweiten Bereich einströmen zu lassen. In dem zweiten Bereich weist das Gas einen Sekundärdruck auf. Der Sekundärdruck wird auch als Vordruck bezeichnet. Vorzugsweise bewegt sich der Vordruck zwischen einem Anfangsdruck und einem Enddruck, wobei der Anfangsdruck insbesondere gemäß DIN 12828, Anhang D durch eine statische Höhe der Anlage + 0,5 bar definiert ist und wobei der Enddruck insbesondere gemäß der DIN EN 12828, Anhang D durch einen Einstelldruck des Heizungssicherheitsventils abzüglich einer Differenz zum Schließüberdruck definiert ist.
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Vorzugsweise steht der Vordruck in direkter Abhängigkeit von der statischen Höhe der Heizungsanlage. Insbesondere besteht zwischen dem Vordruck und der Vorlauftemperatur bzw. der Rücklauftemperatur eine direkte Abhängigkeit. Insbesondere ist der Sekundärdruck in Abhängigkeit des Primärdrucks und/oder der Flüssigkeitstemperatur veränderlich. Im Speziellen ist der Sekundärdruck direkt abhängig und/oder proportional zu dem Primärdruck. In einem normalen fehlerfreien Betriebsmodus der Heizungsanlage bewegt sich der Sekundärdruck somit insbesondere abhängig von der Vor- und Rücklauftemperatur zwischen dem Anfangsdruck und dem Enddruck.
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Insbesondere ist die Ventileinrichtung dazu ausgebildet, das Gas mit dem Vordruck in den zweiten Bereich einströmen zu lassen. Vorzugsweise wird das Gas herstellerseitig über die Ventileinrichtung in den zweiten Bereich eingefüllt. Durch den Fachbetrieb wird bei der Inbetriebnahme der eingestellte Vordruck, welcher insbesondere der statischen Höhe der Heizungsanlage in bar + 0,2 bar entspricht, an die statische Höhe der Heizungsanlage angepasst. Insbesondere wird üblicherweise bei einer Installation der Heizungsanlage in einem Gebäude ein Druckausdehnungsgefäß gewählt, in welchem Gas mit einem passenden Sekundärdruck für die statische Höhe der Heizungsanlage in dem Gebäude angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher den Sekundärdruck in dem zweiten Bereich misst und/oder messen kann. Insbesondere ist der Drucksensor dazu ausgebildet, den Sekundärdruck in dem zweiten Bereich regelmäßig und/oder dauerhaft, bevorzugt nach der Installation und/oder im Betrieb der Heizungsanlage zu messen. Dadurch können in vorteilhafter Weise Veränderungen des Sekundärdrucks gemessen und erkannt werden. Möglich ist, dass die Heizungsanlage, insbesondere das Druckausdehnungsgefäß, den Drucksensor umfasst. In diesem Fall ist die Überwachungsvorrichtung vorzugsweise mit dem Drucksensor signaltechnisch verbunden. Insbesondere können Messdaten des Sekundärdrucks von dem Drucksensor an die Überwachungsvorrichtung übermittelt werden. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung möglich, dass die Überwachungsvorrichtung den Drucksensor umfasst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Drucksensor dauerhaft an der Ventileinrichtung des Druckausdehnungsgefäßes angeordnet. Vorzugsweise wird der Drucksensor werkseitig an der Ventileinrichtung befestigt und verbleibt bei einer Installation, Inbetriebnahme und während des Betriebs der Heizungsanlage an der Ventileinrichtung. Beispielsweise ist der Drucksensor form- und/oder kraftschlüssig mit der Ventileinrichtung verbunden. Zum Beispiel ist der Drucksensor auf die Ventileinrichtung aufgeschraubt. Möglich ist im Rahmen der Erfindung auch, dass der Drucksensor unlösbar mit der Ventileinrichtung verbunden ist. Beispielsweise kann die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Ventileinrichtung und dem Drucksensor gegen ein Lösen des Drucksensors gesichert sein. Möglich ist hierbei, dass der Drucksensor nur mit einem hierfür vorgesehenen Spezialwerkzeug von der Ventileinrichtung lösbar ist.
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Vorteilhaft ist, dass durch die regelmäßige und/oder dauerhafte Messung des Vordrucks und durch die Speicherung und/oder Auswertung der Messwerte ein Defekt des Druckausdehnungsgefäßes festgestellt werden kann. Insbesondere kann ein zu hoher Sekundärdruck rechtzeitig bemerkt und das Anschlagen eines Heizungssicherheitsventils vermieden werden. Weiterhin kann ein z.B. über einen gewissen Zeitraum stetig abfallender Sekundärdruck ausfindig gemacht werden. Möglich ist insbesondere auch, dass aufgrund einer untypischen Veränderung des Sekundärdrucks Rückschlüsse darüber getroffen werden können, ob sich Luft im Heizkreislauf befindet und dieser entlüftet werden muss oder ob zu wenig Flüssigkeit im Heizkreislauf ist und Flüssigkeit nachgefüllt werden muss. Es kann insbesondere auch eine zeitliche Planung erstellt werden, wann die entsprechenden Maßnahmen durchgeführt werden müssen, um den Normalbetrieb der Heizungsanlage aufrecht zu erhalten.
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Im Rahmen des Verfahrens zur Überwachung der Heizungsanlage werden Druckmesswerte auf der Sekundärseite, insbesondere Druckmesswerte des Sekundärdrucks, während des Betriebs der Heizungsanlage regelmäßig erfasst und gespeichert. Die Messung der Druckmesswerte auf der Sekundärseite erfolgt insbesondere durch den Drucksensor.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es vorgesehen, dass historische Druckmesswerte auf der Sekundärseite mit aktuellen Druckmesswerten auf der Sekundärseite verglichen werden. Insbesondere werden Druckmesswerte aus der Vergangenheit gespeichert, wobei diese zum Vergleich mit den aktuellen Druckmesswerten abgerufen werden können.
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Vorzugsweise umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Speichereinrichtung zur Speicherung der Druckmesswerte. Die Speichereinrichtung kann z.B. in der Überwachungsvorrichtung als lokale Rechnereinheit oder in einer periphären Server- oder Rechnereinheit integriert sein. Alternativ oder optional ergänzend kann die Speichereinrichtung durch eine Cloud gebildet sein.
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In einem bevorzugten Verfahrensschritt wird anhand mehrerer oder aller historischen Druckmesswerte ein maximaler Druckmesswert, ein minimaler Druckmesswert und/oder ein durchschnittlicher Druckmesswert auf der Sekundärseite ermittelt und/oder abgespeichert. Insbesondere können auf Basis der Druckmesswerte Sekundärdruckkurven erstellt und abgespeichert werden. Bei dem maximalen, minimalen und/oder durchschnittlichen Druckmesswert kann es sich insbesondere um maximale, minimale und/oder durchschnittliche Druckmesswerte auf der Sekundärseite handeln, welche für einen zuverlässigen Betrieb der Heizungsanlage üblich und/oder zulässig sind.
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In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt werden die Vorlauftemperatur, die Rücklauftemperatur und/oder eine Wärmemenge auf der Primärseite als Betriebswerte der Heizungsanlage gemessen. Alternativ oder optional ergänzend werden Außentemperaturen als Einflusswerte auf die Heizungsanlage gemessen.
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Zur Messung der Vorlauftemperatur und/oder der Rücklauftemperatur umfasst die Überwachungsvorrichtung vorzugsweise mindestens eine weitere Sensoreinrichtung, insbesondere mindestens einen Temperatursensor. Die Wärmemenge kann beispielsweise durch einen Wärmemengenzähler der Heizungsanlage gemessen werden, wobei der Wärmemengenzähler bevorzugt signaltechnisch mit der Überwachungsvorrichtung verbunden ist, um die Wärmemenge zu übermitteln. Alternativ kann die Überwachungsvorrichtung den Wärmemengenzähler umfassen.
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Die Außentemperaturen können z.B. durch einen entsprechenden Temperatursensor gemessen und an die Überwachungsvorrichtung übermittelt werden oder aus einem geeigneten Clouddienst von der Überwachungsvorrichtung abgerufen werden. Vorzugsweise werden die gemessenen Betriebswerte und/oder Einflusswerte in der Auswertevorrichtung und/oder in der mit der Auswertevorrichtung verbundenen Speichereinrichtung gespeichert und sind von dort abrufbar.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es möglich, dass der Überwachungsvorrichtung ein Algorithmus angelernt wird. Vorzugsweise kann die Überwachungseinrichtung mittels des angelernten Algorithmus den maximalen Druckmesswert, den minimalen Druckmesswert und/oder den durchschnittlichen Druckmesswert auf der Sekundärseite mit Bezug zu den Betriebswerten der Heizungsanlage und/oder mit Bezug zu den Einflusswerten auf die Heizungsanlage ermitteln. Insbesondere wird der für den Normalbetrieb der Heizungsanlage übliche und/oder zulässige Druckbereich angelernt. Optional ergänzend können die Druckmesswerte auf der Sekundärseite ausgewertet und dadurch insbesondere festgestellt werden, ob ein zu hoher Sekundärdruck und/oder ein Defekt des Druckausdehnungsgefäßes vorliegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Auswerteeinrichtung, welche zur Auswertung von Messwerten, zum Beispiel der Druckmesswerte auf der Sekundärseite, der Betriebswerte und/oder Einflusswerte, zur Durchführung von Berechnungen auf Basis der Messwerte und/oder zum Anlernen und Ausführen des Algorithmus ausgebildet ist.
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Es ist weiterhin im Rahmen des Verfahrens möglich, dass zum Anlernen des Algorithmus eine Vergleichsgröße berechnet wird. Vorzugsweise wird die Vergleichsgröße aus einigen oder allen Betriebswerten und oder aus einigen oder allen Einflusswerten hergeleitet. Beispielsweise wird als Vergleichsgröße eine absolute durchschnittliche Flüssigkeitstemperatur der Flüssigkeit auf der Primärseite berechnet. Alternativ kann ein gewichteter Mittelwert der Vorlauftemperatur, der Rücklauftemperatur und/oder der Wärmemenge auf der Primärseite und/oder der Außentemperatur als Vergleichsgröße berechnet werden.
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Beispielsweise erkennt die Überwachungsvorrichtung, insbesondere die Auswerteeinrichtung, mittels des angelernten Algorithmus minimale Druckmesswerte und maximale Druckmesswerte auf der Sekundärseite, insbesondere mit Bezug oder ohne Bezug auf die Betriebswerte und/oder Einflusswerte.
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In einem weiteren bevorzugten Verfahrensschritt wird eine Übereinstimmung oder Abweichung zwischen den aktuellen Druckmesswerten auf der Sekundärseite und den ermittelten und/oder gelernten maximalen, minimalen und/oder durchschnittlichen Druckmesswerten auf der Sekundärseite berechnet.
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Vorzugsweise werden bei der Berechnung temperaturbedingte Druckänderungen auf der Sekundärseite herausgerechnet.
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Im Rahmen des Verfahrens ist es möglich, dass bei einer berechneten Übereinstimmung oder Abweichung ein Betriebszustand, Wartungsstatus und/oder Fehlerstatus der Heizungsanlage ermittelt wird. Der Betriebszustand umfasst insbesondere Aussagen zu der Wärmemenge, der Vorlauftemperatur, der Rücklauftemperatur und/oder zu dem vorherrschenden Primärdruck oder Sekundärdruck. Der Wartungsstatus umfasst zum Beispiel Angaben darüber, ob und/oder wann die Heizungsanlage und/oder deren Komponenten gewartet werden müssen. Der Fehlerstatus umfasst beispielsweise Angaben zu Störungen in der Heizungsanlage und/oder deren Komponenten.
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Unterschreiten beispielsweise aktuelle Druckmesswerte auf der Sekundärseite historische maximale oder minimale Druckmesswerte und/oder historische durchschnittliche Druckmesswerte, so kann hieraus einen Druckverlust auf der Primärseite ausgewertet werden. Weiterhin können insbesondere mittels der erlernten maximalen, minimalen und/oder durchschnittlichen Druckmesswerte Aussagen getroffen werden, wann es zum Beispiel zu einem Problem mit der Wärmeversorgung kommen wird. Insbesondere können zeitliche Prognosen erstellt werden, wie viel Zeit noch zur Problembehebung verbleibt. Die zeitlichen Prognosen können zum Beispiel in geeigneten Schemata oder anhand von Zeitkurven abgebildet und ausgegeben werden. Plötzliche und dauerhaft bleibende Druckverluste auf der Sekundärseite bei einer hohen Flüssigkeitstemperatur können zum Beispiel auf ein Anschlagen des Sicherheitsdruckventils des Druckausgleichsgefäßes und/oder auf einen Defekt des Druckausgleichsgefäßes hinweisen.
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Möglich ist im Rahmen des Verfahrens, dass der Betriebszustand, Wartungsstatus und/oder Fehlerstatus gespeichert und/oder nutzerspezifisch ausgegeben wird. Die Ausgabe des Betriebszustands, des Wartungsstatus und/oder des Fehlerstatus und optional ergänzend der Schemata oder Zeitkurven kann zum Beispiel auf einer Ausgabeeinrichtung der Überwachungsvorrichtung, insbesondere auf einem Display, Touchscreen oder Monitor, erfolgen. Optional ergänzend kann die Ausgabeeinrichtung eine Lautsprechereinrichtung zur Ausgabe von akustischen Signalen wie Hinweistönen bei Störungen der Heizungsanlage umfassen.
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In einem bevorzugten Verfahrensschritt werden mehrere Druckmesswerte auf der Primärseite erfasst und/oder der Primärdruck mehrmals abgelesen. Vorzugsweise wird auf Basis der Druckmesswerte auf der Primärseite bzw. der abgelesenen Primärdrücke ein heizungsanlagenspezifischer Korrekturfaktor berechnet. Alternativ kann der heizungsanlagenspezifische Korrekturfaktor auf Basis mehrerer Druckmesswerte auf der Sekundärseite berechnet werden.
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Vorzugsweise wird der Primärdruck gespeichert. Insbesondere können Verlaufskurven des Primärdrucks erstellt, gespeichert und/oder abgerufen werden. Entsprechendes kann insbesondere für den Sekundärdruck, die Betriebswerte und/oder Einflusswerte erfolgen.
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Vorzugsweise werden im Rahmen des Verfahrens auf Basis des berechneten Primärdrucks der Betriebszustand, Wartungsstatus und/oder Fehlerstatus der Heizungsanlage ermittelt. Insbesondere können basierend auf dem Betriebszustand Wartungs- und/oder Reparaturpläne erstellt, gespeichert und/oder ausgegeben werden. Die Wartungspläne können zum Beispiel die Schemata und/oder Zeitkurven umfassen, aus welchen abzulesen ist, wie lange die Heizungsanlage noch im Normalbetrieb sein wird, welche Wartungen vorgenommen werden müssen und wann diese erfolgen müssen, um den Normalbetrieb der Heizungsanlage zu gewährleisten. Die Reparaturpläne können insbesondere aktuell notwendige Reparaturen der Heizungsanlage und/oder deren Komponenten beinhalten, um den Normalbetrieb der Heizungsanlage wiederherzustellen oder aufrechtzuerhalten.
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Durch die bevorzugt regelmäßige Messung des Sekundärdruckes kann ein z.B. stetig ansteigender Druck im Heizkreislauf eruriert werden. Möglich ist durch entsprechende Auswertung auch die Erstellung einer Prognose, ab welchen Zeitpunkt mit einer zu geringen Wärmeversorgung im Heizkreislauf für gewisse Bereiche, insbesondere obere Geschosse, des Gebäudes aufgrund des zu geringen Primärdrucks zu rechnen ist. Im Speziellen können Schwierigkeiten bei der Wärmeversorgung in den Bereichen des Gebäudes detektiert, prognostiziert und Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten planbar gemacht werden.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet eine Überwachungsvorrichtung, wobei die Überwachungsvorrichtung gemäß dem Verfahren nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach einem der Ansprüche 1-13 betrieben wird.
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Eine Heizungsanlage mit der Überwachungsvorrichtung nach der bisherigen Beschreibung und/oder nach dem Anspruch 14 bildet einen weiteren Gegenstand der Erfindung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Überwachungsvorrichtung und einer Heizungsanlage, wobei die Überwachungsvorrichtung zur Überwachung der Heizungsanlage ausgebildet ist;
- 2 eine stark schematisierte Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb der Überwachungsvorrichtung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist eine Überwachungsvorrichtung 1 und eine Heizungsanlage 2 stark schematisiert dargestellt. Die Überwachungsvorrichtung 1 ist zur Überwachung der Heizungsanlage 2 ausgebildet. Hierfür kann sie ein Verfahren zur Überwachung der Heizungsanlage 2 auszuführen.
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Die Heizungsanlage 2 ist eine geschlossene flüssigkeitsbetriebene, insbesondere hydraulisch arbeitende, Heizungsanlage 2. Die Heizungsanlage 2 umfasst eine Wärmequelle 3 mit einem nachgeschalteten Wärmetauscher, eine Umwälzpumpe 4, einen Heizkreislauf 5 durch den eine Flüssigkeit, insbesondere Heizwasser 6, umgewälzt wird und mindestens einen, bevorzugt mehrere Wärmeverbraucher 7, z.B. Heizflächen. Der Heizkreis 5 bildet eine Primärseite P der Heizungsanlage 2.
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Die Heizungsanlage 2 ist dazu ausgebildet, einen oder mehrere Räume, Bereiche und/oder Etagen eines Gebäudes zu heizen. Hierzu wird das Heizwasser 6 durch die Wärmequelle 3 und mittels des Wärmetauschers auf eine Vorlauftemperatur tV erwärmt und mittels der Umwälzpumpe 4 durch den Heizkreis 5 und durch die Wärmeverbraucher 7 umgewälzt, sodass diese zum Beheizen des entsprechenden Raums, Bereichs oder der Etage temperiert werden. Von den Wärmeverbrauchern 7 aus strömt das Heizwasser 6 zurück zu dem Wärmetauscher, wobei es eine Rücklauftemperatur tR aufweist. Üblicherweise ist die Rücklauftemperatur tR geringer als die Vorlauftemperatur tV. Die Vorlauftemperatur tV wird in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen, z.B. einer Außentemperatur tA bestimmt, wobei sie in wärmeren Monaten oder bei höheren Außentemperaturen tA geringer ist als in kälteren Monaten oder bei niedrigeren Außentemperaturen tA. Ein Mittel der Vorlauftemperatur tV und der Rücklauftemperatur tR im Heizkreis 5 bildet zusammen insbesondere eine Flüssigkeitstemperatur des Heizwassers 6.
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In dem Heizkreis 5 herrscht ein Primärdruck pP. Der Primärdruck pP ist direkt abhängig von und/oder proportional zu der Flüssigkeitstemperatur, insbesondere von/zu der Vorlauf- und Rücklauftemperatur tV, tR.
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Die Heizungsanlage 2 umfasst ein Druckausdehnungsgefäß 8. Das Druckausdehnungsgefäß 8 weist einen Behälter 9 mit zwei Bereichen 10, 11 auf, wobei die beiden Bereiche 10, 11 durch eine Membran 12 voneinander getrennt sind. Der erste Bereich 10 oberhalb der Membran 12 ist in den Heizkreis 5 integriert, sodass die Heizflüssigkeit 6 in den ersten Bereich 10 einströmt, wenn es durch den Heizkreis 5 umgewälzt wird. Der erste Bereich 10 ist somit der Primärseite P der Heizungsanlage 2 zugeordnet.
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In einem zweiten Bereich 9 unterhalb der Membran 12 ist Gas, insbesondere Stickstoff 13, angeordnet. Der zweite Bereich 9 bildet eine Sekundärseite S der Heizungsanlage 2.
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Das Druckausdehnungsgefäß 1 weist eine als Autoventil ausgebildete Ventileinrichtung 14 auf. Mittels der Ventileinrichtung 14 ist der Stickstoff 13 insbesondere herstellerseitig in den zweiten Bereich 11 eingelassen, wobei es im Betrieb der Heizungsanlage 2 einen Sekundärdruck pS, auch Vordruck genannt, aufweist. Der Sekundärdruck pS ist zwischen einem Fülldruck und einem Enddruck in Abhängigkeit von der Flüssigkeitstemperatur und/oder dem Primärdruck pP veränderlich. Insbesondere hängt der Sekundärdruck pS direkt von der Flüssigkeitstemperatur und/oder dem Primärdruck pP ab und/oder der Sekundärdruck pS ist proportional zu dieser/diesem.
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Bei einer Steigerung der Flüssigkeitstemperatur dehnt sich ein Volumen des Heizwassers 6 in dem Heizkreislauf 5 und somit in dem ersten Bereich 10 des Gefäßes 9 aus. Dadurch wird der Stickstoff 13 in dem zweiten Bereich 11 zusammengedrückt, sodass der Sekundärdruck pS erhöht wird.
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An der Ventileinrichtung 14 ist dauerhaft ein Drucksensor 15 angeordnet, z.B. auf diesen aufgeschraubt. Der Drucksensor 15 ist dazu ausgebildet, den Sekundärdruck pS des Stickstoffs 13 im Betrieb der Heizungsanlage 2 regelmäßig und/oder auf Dauer als Druckmesswerte auf der Sekundärseite S zu messen. Bei Druckmesswerten auf der Sekundärseite S, welche aus der Vergangenheit stammen, handelt es sich um historische Druckmesswerte Wh, bei aktuell gemessenen Druckmesswerten auf der Sekundärseite S handelt es sich um aktuelle Druckmesswerte Wa (siehe 2).
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Die Überwachungsvorrichtung 1 ist als mindestens eine Rechnereinheit ausgebildet oder sie kann mindestens eine Rechnereinheit umfassen. Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst den Drucksensor 15. Alternativ kann die Überwachungsvorrichtung 1 mit dem Drucksensor 15 signaltechnisch verbunden sein.
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Die Überwachungsvorrichtung 1 weist eine Speichereinrichtung 16 zur Speicherung der Druckmesswerte Wh, Wa und anderer Daten auf. Die Speichereinrichtung 16 kann in der Rechnereinheit integriert sein, als ein externer Speicher ausgebildet sein und/oder durch eine Cloud gebildet sein.
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Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst eine Auswertevorrichtung 17, wobei die Auswertevorrichtung 17 dazu ausgebildet ist, die Druckmesswerte Wh, Wa auszuwerten, zu analysieren, zu vergleichen, als Daten 22 aufzubereiten und/oder zu protokollieren. Die aufbereiteten und/oder protokollierten Daten können z.B. in Form von Protokollen, Schemata oder Zeitkurven 23 mittels der Speichereinrichtung 16 abgespeichert werden. Die Druckmesserwerte Wh, Wa können zwischen dem Drucksensor 15, der Speichereinrichtung 16 und/oder der Auswerteeinrichtung 17 signaltechnisch leitungsgebunden oder kabellos übermittelt werden, wobei die Signale digital oder analog übertragen werden können.
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Die Überwachungsvorrichtung 11 weist eine Ausgabeeinrichtung 18 auf, welche als eine Anzeigeeinrichtung, z.B. als ein Display oder Monitor, und/oder als eine Lautsprechereinrichtung zur Ausgabe von akustischen Signalen ausgebildet ist. Über die Anzeigeeinrichtung können die ausgewerteten, analysierten, verglichenen Messwerte des Sekundärdrucks pS als die Daten 22 und/oder die Protokolle, Schemata oder Zeitkurven 23 angezeigt werden. Über die Lautsprechereinrichtung können z.B. Hinweis- oder Warntöne ausgegeben werden, z.B. wenn ein Auswertungsergebnis der Druckmesswerte auf der Sekundärseite S auffällig ist, z.B. von durchschnittlichen Normalwerten abweichen.
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Die Überwachungsvorrichtung 1 umfasst mindestens eine weitere Sensoreinrichtung 19 zur Erfassung von Betriebswerten 20 der Heizungsanlage 2 und/oder von Einflusswerten 21 äußerer Einflussfaktoren auf die Heizungsanlage 2. Bei den Betriebswerten handelt es sich z.B. um die Vorlauftemperatur tV, die Rücklauftemperatur tR und/oder um eine Wärmemenge W der Heizungsanlage 2. Die Einflusswerte 21 umfassen insbesondere die Außentemperatur tA.
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In der 2 ist eine stark schematisierte Darstellung von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Betrieb der Überwachungsvorrichtung 1 gezeigt. Im Rahmen des Verfahrens wird die Heizungsanlage 2 durch die Überwachungsvorrichtung 1 überwacht.
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Der Sekundärdruck pS wird durch den Drucksensor 15 gemessen und als Druckmesswerte an die Speichereinrichtung 16 zur Speicherung und an die Auswerteeinrichtung 17 zur Auswertung übermittelt.
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Die Betriebswerte 20 und/oder Einflusswerte 21 werden von der mindestens einen Sensoreinrichtung 19 erfasst und an die Auswerteeinrichtung 17 zur Auswertung sowie an die Speichereinrichtung 16 zur Speicherung übermittelt.
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Die Speichereinrichtung 16 speichert die Druckmesswerte, die Betriebswerte 20 und/oder die Einflusswerte 21.
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Die Auswerteeinrichtung 17 wertet aus, ob der Sekundärdruck pS zu hoch ist. Somit kann z.B. festgestellt werden, dass das Druckausdehnungsgefäß 8 defekt ist und/oder dass ein Anschlagen eines Heizungssicherheitsventils zu erwarten ist. Es kann z.B. auch prognostiziert werden, wie lange ein Normalbetrieb des Druckausdehnungsgefäßes 8 noch möglich ist und/oder wann Wartungsmaßnahmen für das Druckausdehnungsgefäß 1 zeitlich einzuplanen und auszuführen sind. Die Prognosen und/oder Feststellungen können in Form der Protokolle, Schemata und/oder Zeitkurven 23 in der Speichereinrichtung 16 gespeichert werden und/oder mittels der Ausgabeeinrichtung 18 ausgegeben werden.
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Die Auswerteeinrichtung 17 ruft die historischen Druckmesswerte Wh und/oder die aktuellen Druckmesswerte Wa aus der Speichereinrichtung 16 ab. Die aktuellen Druckmesswerte Wa können aber auch direkt an die Auswerteeinrichtung 17 übermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung 17 vergleicht die historischen Druckmesswerte Wh mit den aktuellen Druckmesswerten Wa. Anhand mehrerer oder aller historischen Druckmesswerte Wh ermittelt die Auswerteeinrichtung 17 einen maximaler Druckmesswert, einen minimalen Druckmesswert und/oder ein durchschnittlichen Druckmesswert auf der Sekundärseite S.
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Die Betriebswerte 20 und/oder die Einflusswerte 21 werden der Auswerteeinrichtung 17 von der mindestens einen weiteren Sensoreinrichtung 19 übermittelt. Alternativ oder optional ergänzend ruft die Auswerteeinrichtung 17 die gespeicherten Betriebswerte 20 und/oder Einflusswerte 21 von der Speichereinrichtung 16 ab.
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Die Auswerteeinrichtung 17 kann den maximalen Druckmesswert, den minimalen Druckmesswert und/oder den durchschnittlichen Druckmesswert auf der Sekundärseite S auch in Abhängigkeit von einigen oder allen Betriebswerten 20 und/oder Einflusswerten 21 ermitteln. Hierfür wird der Auswerteeinrichtung 17 im Rahmen des Verfahrens ein Algorithmus angelernt und/oder die Auswerteeinrichtung handelt im Rahmen des Verfahrens gemäß dem Algorithmus.
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Zum Anlernen des Algorithmus wird eine Vergleichsgröße berechnet. Die Vergleichsgröße wird aus einigen oder allen Betriebswerten 20 und/oder aus einigen oder allen Einflusswerten 21 hergeleitet und/oder berechnet. Bei der Vergleichsgröße handelt es sich z.B. um die durchschnittliche Flüssigkeitstemperatur. Alternativ kann es bei der Vergleichsgröße um einen Mittelwert der Vorlauftemperatur tV, der Rücklauftemperatur TR und/oder der Wärmemenge W handeln.
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Die Auswerteeinrichtung 17 berechnet eine Übereinstimmung oder Abweichung zwischen den aktuellen Druckmesswerten Wa auf der Sekundärseite S und den ermittelten maximalen, minimalen und/oder durchschnittlichen Druckmesswerten auf der Sekundärseite S. Auf Basis der berechneten Übereinstimmung oder Abweichung ermittelt die Auswerteeinrichtung 17 einen Betriebszustand, Wartungsstatus und/oder Fehlerstatus der Heizungsanlage 2, welcher/welche über die Ausgabeeinrichtung 18 als die Daten 22 und/oder in Form der Protokolle, Schemata und/oder Zeitkurven 23 ausgegeben werden und/oder in der Speichereinrichtung 16 gespeichert werden. Diese können z.B. Aussagen darüber enthalten, ob ein ansteigender Primärdruck pP vorherrscht und ob gegebenenfalls Lufteinschlüsse im Heizkreislauf 5 sind oder ob zu wenig Heizwasser 6 im Heizkreislauf 5 vorhanden ist. Die Protokolle, Schemata und/oder Zeitkurven 23 können auch Hinweise darüber enthalten und/oder veranschaulichen, wie lange ein Normalbetrieb der Heizungsanlage 2 noch möglich ist und wann z.B. mit einem Defekt zu rechnen ist. Somit können notwendige Wartungs- und/oder Reparaturmaßnahmen zeitlich besser geplant und ergriffen werden.
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Weiterhin berechnet die Auswerteeinrichtung 17 den Primärdruck pP in Abhängigkeit der Druckmesswerte auf der Sekundärseite S.
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Das Erfassen der Druckmesswerte auf der Primärseite P kann durch die mindestens eine Sensoreinrichtung 19 erfolgen, welche diese an die Auswerteeinrichtung 17 übermittelt. Das Ablesen der Primärdrücke pP kann durch einen Nutzer erfolgen, welcher die abgelesenen Primärdrücke pP in die Überwachungsvorrichtung 1, insbesondere in die Auswerteeinrichtung 17, eingibt. Alternativ werden zu Bestimmung des Korrekturfaktors c die Druckmesswerte auf der Sekundärseite S herangezogen.
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Die Auswerteeinrichtung 17 ermittelt auf Basis des berechneten Primärdrucks pP einen Betriebszustand, Wartungszustand und/oder Fehlerstatus der Heizungsanlage 2 ermittelt. Darauf basierend erstellt die Auswerteeinrichtung 17 Wartungspläne und/oder Reparaturpläne, welche in Form der Protokolle, Schemata oder Zeitkurven in der Speichereinrichtung 17 abgespeichert und/oder mittels der Ausgabeeinrichtung 18 ausgegeben werden können.
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Die Auswerteeinrichtung 17 kann z.B. anhand einer regelmäßigen Berechnung und Auswertung des Primärdrucks pP feststellen, ob dieser innerhalb eines Zeitraums ansteigt oder absinkt. Der Betriebszustand, Wartungszustand und/oder Fehlerstatus kann z.B. Prognosen enthalten, ab welchen Zeitpunkt es zu einer geringen Wärmeversorgung durch die Heizungsanlage 2 kommen kann. Notwendige Reparatur- und/oder Wartungsarbeiten können somit erkannt und zeitlich eingeplant werden.
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Die Auswerteeinrichtung 17 überprüft weiterhin auf Basis der berechneten Temperaturdifferenz den hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage 2 und/oder dieser kann auf Basis der Temperaturdifferenz durchgeführt werden. Außerdem überprüft die Auswerteeinrichtung 17 ein Betriebsverhalten der Umwälzpumpe 4. Auf Basis der Überprüfungsergebnisse kann eine Pumpensteuerung effizienter gestaltet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018214837 A1 [0003]
