DE102020214909A1

DE102020214909A1 - Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems, Steuergerät und bivalentes Heizsystem

Info

Publication number: DE102020214909A1
Application number: DE102020214909.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Neubert; Christian Glueck
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-02
Also published as: GB202117121D0; GB2603599A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems und ein Steuergerät und ein bivalentes Heizsystem, wobei ein erster Aufwandsparameter (AP1) für einen Betrieb einer Wärmepumpe des Heizsystems zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge und ein zweiter Aufwandsparameter (AP2) für einen Betrieb eines Wärmeerzeugers des Heizsystems zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ermittelt werden, wobei eine durch die Wärmepumpe im Laufe eines ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte erste Wärmemenge zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums ermittelt wird, wobei auf Basis der ersten Wärmemenge der Wärmepumpe ein Wärmepumpenparameter ermittelt wird, wobei im Rahmen eines ersten Vergleichs der ermittelte Wärmepumpenparameter mit einem vordefinierten ersten Sollwert sowie der erste Aufwandsparameter (AP1) der Wärmepumpe mit dem zweiten Aufwandsparameter (AP2) des Wärmeerzeugers verglichen werden, wobei bei Unterschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) kleiner als der zweite Aufwandsparameter (AP2) ist, die Wärmepumpe für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems gemäß Patentanspruch 1, ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 11 und ein bivalentes Heizsystem gemäß Patentanspruch 12.
Stand der Technik
Aus EP 2 655 980 B1 ist ein Verfahren zur optimierten Einstellung einer Heizungsregelung eines Heizungs- und/oder Warmwasserbereitungssystems mit zwei in Serie geschalteten und regelbaren Wärmeerzeugern für die Beheizung eines Raumes mit einem Heizkreislauf bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems, ein verbessertes Steuergerät und ein verbessertes bivalentes Heizsystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß Patentanspruch 1, eines Steuergeräts gemäß Patentanspruch 11 und eines bivalenten Heizsystems gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegebenen.
Es wurde erkannt, dass ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems mit einer Wärmepumpe und einem Wärmeerzeuger dadurch bereitgestellt werden kann, dass ein erster Aufwandsparameter für einen Betrieb der Wärmepumpe zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge und ein zweiter Aufwandsparameter für einen Betrieb des Wärmeerzeugers zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ermittelt werden. Weiter wird eine durch die Wärmepumpe im Laufe eines ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte erste Wärmemenge zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums ermittelt. Auf der Basis der ersten Wärmemenge kann ein Wärmepumpenparameter ermittelt werden. Im Rahmen eines ersten Vergleichs werden der ermittelte Wärmepumpenparameter mit einem vordefinierten ersten Sollwert sowie der erste Aufwandsparameter der Wärmepumpe mit dem zweiten Aufwandsparameter des Wärmeerzeugers verglichen, Bei Unterschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter kleiner als der zweite Aufwandsparameter ist, wird die Wärmepumpe für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall betrieben wird.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass durch die Ermittlung des ersten Aufwandsparameters und des zweiten Aufwandsparameters und die Berücksichtigung der beiden Aufwandsparameter eine Möglichkeit zum objektiven technischen Vergleich des Wärmeerzeugers mit der Wärmepumpe bereitgestellt wird, um ein Betriebsverhalten des Heizsystems automatisiert anzupassen.
In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Aufwandsparameter auf Grundlage eines ersten Verhältnisses eines ersten spezifischen Aufwandsparameters zu einem ersten Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe ermittelt. Der erste Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe wird auf Grundlage wenigstens einer Quellentemperatur eines weiteren Wärmeträgermediums und einer vordefinierten Sollvorlauftemperatur des Wärmeträgermediums ermittelt. Der erste Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe kann beispielsweise eine Leistungszahl der Wärmepumpe sein.
Der zweite Aufwandsparameter wird auf Grundlage eines zweiten Verhältnisses eines zweiten spezifischen Aufwandsparameters zu einem zweiten Umwandlungswirkungsrad des zweiten Wärmeerzeugers ermittelt. Der zweite Umwandlungswirkungsgrad wird auf Grundlage einer Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums, wenigstens der Sollvorlauftemperatur ermittelt. Der zweite Umwandlungswirkungsgrad ist dabei beispielsweise ein drittes Verhältnisses der an das Wärmeträgermediums übertragenen Wärme zur zugeführten chemischen Energie des Brennstoffs an den Wärmeerzeuger.
Dadurch kann optimal unter der vorgegebenen Bedingung des ersten Sollwerts das Heizsystem gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine im Laufe des ersten vordefinierten Zeitintervalls durch den Wärmeerzeuger bereitgestellte zweite Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums ermittelt. Eine durch das Heizsystem zur Erwärmung des Wärmeträgermediums über das erste vordefinierte Zeitintervall aufgewendete Gesamtwärmemenge wird auf Basis der ersten Wärmemenge und der zweiten Wärmemenge ermittelt, beispielsweise durch Aufsummierung der ersten Wärmemenge und der zweiten Wärmemenge. Der Wärmepumpenparameter der Wärmepumpe bildet einen Anteil der ermittelten ersten Wärmemenge an der Gesamtwärmemenge ab. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die erste Wärmemenge wenigstens einer Mindestwärmemenge entspricht, die von der Wärmepumpe erzeugt wird, sodass das Heizsystem besonders geringe Emissionen aufweist, insbesondere wenn die Wärmepumpe mit CO₂-frei bereitgestelltem elektrischem Strom betrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird auf Basis der ersten Wärmemenge und des ersten Aufwandsparameters eine erste Aufwandsmenge der Wärmepumpe zur Erzeugung der ersten Wärmemenge ermittelt. Ferner wird eine durch den Wärmeerzeuger im Laufe des ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte zweite Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums ermittelt. Auf Grundlage der ersten Wärmemenge und des zweiten Aufwandsparameters wird eine fiktive Aufwandsmenge des Wärmeerzeugers zur Erzeugung der ersten Wärmemenge durch den Wärmeerzeuger ermittelt. Der Wärmepumpenparameter wird als ein viertes Verhältnis einer ersten Summe der ersten Aufwandsmenge und der zweiten Aufwandsmenge zu einer zweiten Summe der zweiten Aufwandsmenge und der fiktiven Aufwandsmenge ermittelt. Der Wärmepumpenparameter bildet eine Reduzierung der ersten Aufwandsmenge der Wärmepumpe gegenüber dem Wärmeerzeuger ab. Dadurch kann eine Mindest -Einsparung des Heizsystems gegenüber einem reinen Betrieb des Wärmeerzeugers ermittelt und eingehalten werden. Dadurch eignet sich das Heizsystem insbesondere für Gegenden mit besonders restriktiven Emissionsvorschriften.
In einer weiteren Ausführungsform erwärmt die Wärmepumpe das Wärmeträgermedium auf eine erste Vorlauftemperatur. Die erste Vorlauftemperatur des Wärmeträgermediums wird ausgangsseitig der Wärmepumpe ermittelt. Die erste Vorlauftemperatur wird mit der Sollvorlauftemperatur in einem zweiten Vergleich verglichen. Bei Unterschreiten der Sollvorlauftemperatur um einen vordefinierten zweiten Sollwert wird der Wärmeerzeuger zu der Wärmepumpe zugeschalten, um das Wärmeträgermedium auf die Sollvorlauftemperatur zu erwärmen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gebäude mit der Sollvorlauftemperatur beheizt wird und für den Nutzer ein gewohnter Komfort des Heizsystems erhalten bleibt.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Überschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter beim ersten Vergleich größer als der zweite Aufwandsparameter ist, der Wärmeerzeuger für ein vordefiniertes drittes Zeitintervall betrieben. Vorzugsweise wird die Wärmepumpe deaktiviert. Dadurch werden ungünstige Betriebszustände vermieden, beispielsweise in denen die Wärmepumpe eine besonders geringe Leistungszahl aufweist und/oder nicht in der Lage ist das Wärmeträgermedium auf die Sollvorlauftemperatur zu erwärmen.
In einer weiteren Ausführungsform wird zeitlich vor Durchführung des ersten Vergleichs überprüft, ob die Wärmepumpe in Betrieb ist oder deaktiviert ist, wobei der erste Vergleich nur dann durchgeführt wird, wenn die Wärmepumpe in Betrieb ist.
Von besonderem Vorteil ist, wenn bei deaktivierter Wärmepumpe ein dritter Vergleich durchgeführt wird. Im Rahmen des dritten Vergleichs werden der ermittelte Wärmepumpenparameter mit dem vordefinierten ersten Sollwert sowie der erste Aufwandsparameter der Wärmepumpe mit dem zweiten Aufwandsparameter verglichen. Bei Unterschreiten des ersten Sollwerts im dritten Vergleich durch den Wärmepumpenparameter oder wenn der erste Aufwandsparameter im dritten Vergleich kleiner oder gleich dem zweiten Aufwandsparameter ist, wird die Wärmepumpe für das vordefinierte zweite Zeitintervall betrieben.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei Überschreiten des ersten Sollwerts im dritten Vergleich durch den Wärmepumpenparameter oder wenn der erste Aufwandsparameter größer als der zweite Aufwandsparameter ist, der zweite Wärmeerzeuger für ein vordefinierte dritte Zeitintervall betrieben wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird vor Ablauf des ersten Zeitintervalls und nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls die erste Wärmemenge erneut ermittelt. Ferner wird der Wärmepumpenparameter auf Grundlage der neu ermittelten ersten Wärmmenge neu ermittelt. Dadurch wird der Wärmepumpenparameter automatisiert immer auf der aktuellen ersten Wärmemenge und/oder Aufwandsmenge und der aktuellen Gesamtwärmemenge und/oder Gesamtaufwands ermittelt.
Ein verbessertes Steuergerät für ein bivalentes Heizsystem mit einer Wärmepumpe und einem Wärmeerzeuger kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Steuergerät eine Steuereinrichtung, einen mit der Steuereinrichtung datentechnisch verbundenen Datenspeicher und eine mit der Steuereinrichtung datentechnisch verbundene Datenschnittstelle aufweist. Die Datenschnittstelle ist mit der Wärmepumpe und dem Wärmeerzeuger datentechnisch verbindbar. In dem Datenspeicher ist ein vordefinierter erster Sollwert abgelegt. Die Steuereinrichtung ist ausgebildet, einen ersten Aufwandsparameter für einen Betrieb der Wärmepumpe zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge und einen zweiten Aufwandsparameter für einen Betrieb des Wärmeerzeugers zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge zu ermitteln. Weiter ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine durch die Wärmepumpe innerhalb eines ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte erste Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums zu ermitteln. Ferner ist die Steuereinrichtung ausgebildet, auf Basis der ersten Wärmemenge einen Wärmepumpenparameter zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, bei Unterschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter kleiner dem zweiten Aufwandsparameter ist, ein erstes Steuersignal an der der Schnittstelle zum Betreiben der Wärmepumpe für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall bereitzustellen. Dadurch kann die Steuereinrichtung optimiert das Heizsystem steuern.
Ein verbessertes bivalentes Heizsystem kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Heizsystem ein oben beschriebenes Steuergerät, eine Wärmepumpe und einen Wärmeerzeuger zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums auf eine vordefinierte Sollvorlauftemperatur aufweist, wobei die Datenschnittstelle mit der Wärmepumpe und dem Wärmeerzeuger datentechnisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, mittels des an der Schnittstelle bereitgestellten ersten Steuersignals die Wärmepumpe für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall zu betreiben. Dadurch weist das Heizsystem besonders geringe CO₂-Emissionen auf. Auch sind Betriebskosten für das Heizsystem besonders gering.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines bivalenten Heizsystems;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform zum Betrieb des in 1 gezeigten bivalenten Heizsystems;
3 ein zweidimensionales Kennfeld eines ersten Aufwandsparameters AP1; und
4 ein zweidimensionales Kennfeld eines zweiten Aufwandsparameters AP2.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines bivalenten Heizsystems 10.
Das bivalente Heizsystem 10 weist ein Steuergerät 15, eine Wärmepumpe 20, einen Wärmeerzeuger 25, wenigstens einen ersten Wärmetauscher 30, einen Kreislauf 35 und eine Förderpumpe 60 auf. Zusätzlich kann das Heizsystem 10 einen zweiten Wärmetauscher 40 aufweisen. Der Kreislauf 35 kann auch als Heizkreislauf bezeichnet werden. Die Wärmepumpe 20, der Wärmeerzeuger 25, eine erste Primärseite 50 des ersten Wärmetauschers 30, vorzugsweise eine zweite Primärseite 55 des zweiten Wärmetauschers 40 und die Förderpumpe 60 sind in den Kreislauf 35 eingebunden und dadurch fluidisch mittels eines in dem Kreislauf 35 zirkulierenden Wärmeträgermediums 65 miteinander verbunden. Das Wärmeträgermedium 65 kann beispielsweise Wasser sein und mittels der Förderpumpe 60 des Heizsystems 10 in dem Kreislauf 35 gefördert werden.
Beispielsweise sind die Wärmepumpe 20 und der Wärmeerzeuger 25 fluidisch bezogen auf eine Förderrichtung des Wärmeträgermediums 65 in Reihe geschaltet, wobei beispielhaft in 1 bezogen auf die Förderrichtung des Wärmeträgermediums 65 die Wärmepumpe 20 dem Wärmeerzeuger 25 vorgeschaltet ist. Fluidisch sind die erste Primärseite 50 des ersten Wärmetauschers 30 und vorzugsweise die zweite Primärseite 55 des zweiten Wärmetauschers dem Wärmeerzeuger 25 nachgeschaltet. Dabei kann bezogen auf die Förderrichtung des Wärmeträgermediums 65 in dem Kreislauf 35 die Förderpumpe 60 ausgangsseitig des Wärmeerzeugers 25 angeordnet sein. Die Förderpumpe 60 ist ausgebildet, das Wärmeträgermedium 65 von dem Wärmeerzeuger 25 zu der ersten Primärseite 50 zu fördern.
Der erste Wärmetauscher 30 kann beispielsweise als Radiator in einem Zimmer eines Gebäudes angeordnet sein. Der zweite Wärmetauscher 40 kann in einem weiteren Zimmer des Gebäudes angeordnet sein und beispielsweise ebenso als Radiator ausgebildet sein.
Die Wärmepumpe 20 kann beispielsweise als Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgebildet sein. Auch wäre denkbar, dass die Wärmepumpe eine Sole-Wasser-Wärmepumpe ist. Der Wärmeerzeuger 25 kann beispielsweise als Gasbrennwertkessel oder Ölbrennwertkessel ausgebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass das in 1 gezeigte Heizsystem 10 beispielhaft ausgebildet ist. Das Heizsystem ist in 1 gegenüber in Wohnhäusern vorgesehenen Heizsystemen beispielhaft vereinfacht, sodass ein in 2 erläutertes Verfahren zum Betrieb des bivalenten Heizsystems 10 anschaulich und auf einfache Weise erläutert werden kann. Das Heizsystem 10 kann auch anders als in 1 gezeigt ausgebildet sein.
Selbstverständlich kann das bivalente Heizsystem 10 weitere Komponenten, wie beispielsweise einen Brauchwasserspeicher oder eine andere Anzahl von Wärmetauschern 30, 40 aufweisen. Auch eine andere fluidische Verschaltung der Komponenten, insbesondere der Wärmetauscher 30, 40, und/oder der Wärmepumpe 20 zu dem Wärmeerzeuger 25, ist möglich. So können beispielsweise der erste und zweite Wärmetauscher 30, 40 auch parallel fluidisch zueinander geschaltet sein.
Das Steuergerät 15 weist eine Steuereinrichtung 85, einen Datenspeicher 90 und eine Datenschnittstelle 95 auf. Die Datenschnittstelle 95 ist mittels einer ersten Datenverbindung 100 datentechnisch mit der Wärmepumpe 20 verbunden. Über eine zweite Datenverbindung 105 ist die Datenschnittstelle 95 mit dem Wärmeerzeuger 25 datentechnisch verbunden. Zusätzlich kann ausgangsseitig der Wärmepumpe 20 bezogen auf die Förderrichtung des Wärmepumpenmediums 65 ein erster Temperatursensor 110 des bivalenten Heizsystems 10 angeordnet sein. Der erste Temperatursensor 110 ist mittels einer dritten Datenverbindung 115 datentechnisch mit der Datenschnittstelle 95 verbunden. Ferner kann ausgangsseitig des zweiten Wärmeerzeugers 25 bezogen auf die Förderrichtung des Wärmeträgermediums 65 ein zweiter Temperatursensor 120 des bivalenten Heizsystems 10 angeordnet sein, der mittels einer vierten Datenverbindung 125 datentechnisch mit der Datenschnittstelle 95 verbunden ist.
Eine fünfte Datenverbindung 130 kann die Datenschnittstelle 95 beispielsweise mit einer Eingabeeinrichtung 135 verbinden. Die Eingabeeinrichtung 135 kann beispielsweise einen berührungssensitiven Monitor und/oder ein Bedienfeld umfassen. Auch kann die Eingabeeinrichtung 135 einen Zentralrechner umfassen oder als Zentralrechner ausgebildet sein. Ferner kann das bivalente Heizsystem 10 einen Quellentemperatursensor 136 aufweisen, der mittels einer sechsten Datenverbindung 137 mit der Datenschnittstelle 95 datentechnisch verbunden ist. Der Quellentemperatursensor 136 kann beispielsweise als Außentemperatursensor ausgebildet sein.
Zusätzlich kann ein Rücklauftemperatursensor 140 eingangsseitig der Wärmepumpe 20 angeordnet sein, wobei über eine siebte Datenverbindung 145 der Rücklauftemperatursensor 140 mit der Datenschnittstelle 95 datentechnisch verbunden ist. Zusätzlich kann das Heizsystem 10 weitere Sensoren aufweisen (nicht dargestellt), die datentechnisch mit der Datenschnittstelle 95 verbunden sind.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des in 1 gezeigten Heizsystems 10.
In 2 wird die Erfüllung einer Bedingung mittels eines Häkchens und die Nichterfüllung einer Bedingung mittels eines Kreuzchens symbolisch dargestellt. Die Bedingung ist in 2 mittels einer Raute dargestellt.
Das im Folgenden erläuterte Verfahren zum Betrieb des in 1 gezeigten bivalenten Heizsystems 10 kann beispielsweise als Computerprogramm in dem Datenspeicher 90 des Steuergeräts 15 abgespeichert sein. Ferner sind in dem Datenspeicher 90 ein erster Sollwert, ein erster spezifischer Aufwandsparameter, ein erster Umwandlungswirkungsgrad, ein zweiter spezifischer Aufwandsparameter, ein zweiter Umwandlungswirkungsgrad und ein zweiter Sollwert abgespeichert. Der erste Umwandlungswirkungsgrad und/oder der zweite Umwandlungswirkungsgrad können als Algorithmus und/oder Computerprogramm und/oder tabellarische Zuordnung und/oder Kennfeld ausgebildet sein. Ferner kann die Sollvorlauftemperatur T_S des Wärmeträgermediums 65 in dem Datenspeicher 90 abgespeichert sein. Der erste spezifische Aufwandsparameter, der zweite spezifische Aufwandsparameter und/oder beispielsweise die Sollvorlauftemperatur T_S können beispielsweise durch Eingabe über die Eingabeeinrichtung 135 durch einen Nutzer des Heizsystems 10 in den Datenspeicher 90 eingespeichert werden. Vorteilhafterweise kann die Steuereinrichtung 85 den ersten und/oder zweiten spezifischen Aufwandsparameter bei Durchführung des ersten Verfahrensschritts 205 über die Datenschnittstelle 95 und die fünfte Datenverbindung 130 von dem Zentralrechner abfragen.
In einem ersten Verfahrensschritt 205 wird die Quellentemperatur T_A ermittelt. In der Ausführungsform misst beispielhaft der Quellentemperatursensor 136 die Quellentemperatur T_A eines der Wärmepumpe 20 zugeführten Wärmequellenmediums. Das Wärmequellenmedium kann beispielsweise eine Außenluft bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe oder Sole bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sein. Der Quellentemperatursensor 136 stellt ein zur Quellentemperatur T_A korrespondierendes Quellentemperatursignal der Datenschnittstelle 95 bereit, die das Quellentemperatursignal der Steuereinrichtung 85 bereitstellt.
Ferner wird eine Rücklauftemperatur T_R des Wärmeträgermediums 65, mit der das Wärmeträgermedium 65 nach Durchströmung der Primärseite 50, 55 der Wärmetauscher 30, 40 zurückströmt, ermittelt. In der Ausführungsform misst beispielhaft der Rücklauftemperatursensor 140 eingangsseitig der Wärmepumpe 20 die Rücklauftemperatur T_R und stellt ein zur Rücklauftemperatur T_R korrespondierendes Rücklauftemperatursignal der Datenschnittstelle 95 bereit, die das Rücklauftemperatursignal der Steuereinrichtung 85 bereitstellt. Des Weiteren wird eine erste Vorlauftemperatur T_A1 des Wärmeträgermediums 65 ausgangsseitig der Wärmepumpe 20 ermittelt. Die Ermittlung kann beispielsweise durch ein Messen der ersten Vorlauftemperatur T_A1 durch den ersten Temperatursensor 110 ausgangsseitig der Wärmepumpe 20 erfolgen. Der erste Temperatursensor 110 stellt ein zu der ersten Vorlauftemperatur T_A1 korrespondierendes erstes Temperatursignal über die dritte Datenverbindung 115 der Datenschnittstelle 95 bereit, die das dritte Datensignal an die Steuereinrichtung 85 weitergibt.
3 zeigt ein zweidimensionales Kennfeld eines ersten Umwandlungswirkungsgrads zur Berechnung des ersten Aufwandsparameters AP1 aufgetragen über der Quellentemperatur T_A.
Ein erster Aufwandsparameter AP1 der Wärmepumpe 20 zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge, beispielsweise 1 MJ, ist im Wesentlichen abhängig von der Quellentemperatur T_A, dem Sollvorlauftemperatur T_S und einer Drehzahl eines Kompressors der Wärmepumpe 20. Der beispielhafte erste Verlauf des ersten Umwandlungswirkungsgrads zur Berechnung des ersten Aufwandsparameters AP1 ist in 3 dargestellt und über der Quellentemperatur T_A aufgetragen. Die Steuereinrichtung 85 ermittelt im ersten Verfahrensschritt 205 beispielsweise auf Grundlage der ermittelten Quellentemperatur T_A, der vordefinierten Sollvorlauftemperatur T_S, der Kompressordrehzahl den ersten Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe 20. Der erste Aufwandsparameter AP1 ist ein erstes Verhältnis des ersten spezifischen Aufwandsparameters zu dem ersten Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe 20.
Der erste spezifische Aufwandsparameter zur Ermittlung des ersten Aufwandparameters AP1 bildet einen technischen Aufwand und/oder eine Umweltschädlichkeit und/oder eine CO₂-Emission der Wärmepumpe 20 durch die für den Betrieb der Wärmepumpe erforderlichen elektrischen Energie zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ab. So kann beispielsweise der erste spezifische Aufwandsparameter beispielsweise die Einheit Masse CO₂/kWh aufweisen.
Im ersten Verfahrensschritt 205 bestimmt die Steuereinrichtung 85 auf Grundlage des vordefinierten ersten spezifischen Aufwandsparameters und des ersten Umwandlungswirkungsgrads den ersten Aufwandsparameter AP1 zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge.
Ferner sind in 3 beispielhaft mehrere mit unterschiedlicher Linie gekennzeichnete Graphen dargestellt, die mit einer jeweils zugeordneten Sollvorlauftemperatur T_S korrespondieren. Bei Ermittlung des ersten Umwandlungswirkungsgrads geht die Steuereinrichtung 85 vorzugsweise davon aus, dass der Kompressor mit einer der Sollvorlauftemperatur T_S und die Quellentemperatur T_A zugeordneten optimalen Drehzahl betrieben wird.
Ferner wird eine zweite Vorlauftemperatur T_A2 des Wärmeträgermediums 65 ausgangsseitig des Wärmeerzeugers 25 ermittelt. Dies kann beispielsweise durch Messung mittels des zweiten Temperatursensors 120 erfolgen, der ein zu der zweiten Vorlauftemperatur T_A2 korrespondierendes zweites Vorlauftemperatursignal über die vierte Datenverbindung 125 der Datenschnittstelle 95 bereitstellt, die es an die Steuereinrichtung 85 weitergibt.
4 zeigt ein zweidimensionales Kennfeld eines zweiten Umwandlungswirkungsgrads zur Ermittlung des Aufwandsparameters AP2 aufgetragen über der Rücklauftemperatur T_A1 und der Sollvorlauftemperatur T_S.
Der zweite Umwandlungswirkungsgrad des Wärmeerzeugers 25 zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ist abhängig von der Rücklauftemperatur T_A1 und der Sollvorlauftemperatur T_S. Der zweite Aufwandsparameter AP2 ist ein zweites Verhältnis eines zweiten spezifischen Aufwandsparameters zu dem zweiten Umwandlungswirkungsgrads des Wärmeerzeugers 25. Die Steuereinrichtung 85 ermittelt im ersten Verfahrensschritt 205 auf Grundlage der ermittelten Sollvorlauftemperatur T_S, der ersten Vorlauftemperatur T_A1 den zweiten Umwandlungswirkungsgrad.
Der zweite spezifische Aufwandsparameter bildet somit einen technischen Aufwand und/oder einer Umweltschädlichkeit und/oder einer CO₂-Emission des zweiten Wärmeerzeugers 25 durch die für den Betrieb des Wärmeerzeugers 25 erforderlichen elektrischen Energie und Primärenergie zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ab. Dabei kann können beispielsweise notwendige technische Ressourcen, um den Wärmeerzeuger 25 zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge sowohl betreiben zu können als auch in dem Gebäude an beispielsweise ein Versorgungsnetz anschließen zu können, bei der Festlegung des zweiten spezifischen Aufwandsparameters berücksichtigt werden. So kann beispielsweise der zweite spezifische Aufwandsparameter beispielsweise die Einheit Masse CO₂/kWh aufweisen.
Im ersten Verfahrensschritt 205 bestimmt die Steuereinrichtung 85 auf Grundlage des vordefinierten zweiten spezifischen Aufwandsparameters und des zweiten Umwandlungswirkungsgrads den zweiten Aufwandsparameter AP2 zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge.
Ferner sind in 4 beispielhaft mehrere mit unterschiedlicher Linie gekennzeichnete Graphen dargestellt, die mit einer jeweils zugeordneten Sollvorlauftemperatur T_s korrespondieren.
Bei Ermittlung des zweiten Umwandlungswirkungsgrads geht die Steuereinrichtung 85 davon aus, dass ein Gebläse des Wärmeerzeugers 25 mit für die Sollvorlauftemperatur T_S und für die zweite Temperaturdifferenz aus Sollvorlauftemperatur T_S und Rücklauftemperatur T_R zugeordneten optimalen Drehzahl betrieben wird.
In aktiviertem Betrieb der Wärmepumpe 20 und der Förderpumpe 60 durchströmt das Wärmeträgermedium 65 die Wärmepumpe 20. Dabei wird das Wärmeträgermedium 65 von der Rücklauftemperatur T_R, mit der das Wärmeträgermedium 65 in die Wärmepumpe 20 eintritt, auf eine erste Vorlauftemperatur T_A1 erwärmt. Eine zweite Temperaturdifferenz zwischen der Rücklauftemperatur T_R und der ersten Vorlauftemperatur T_A1 kann beispielsweise 10 bis 30 °C betragen. Bei deaktivierter Wärmepumpe 20 und aktivierter Förderpumpe 60 entspricht die erste Vorlauftemperatur T_A1 der Rücklauftemperatur T_R.
In einem zweiten Verfahrensschritt 210 ermittelt die Steuereinrichtung 85 eine erste Wärmemenge, die die Wärmepumpe 20 im Laufe eines nicht abgelaufenen vordefinierten ersten Zeitintervalls, beispielsweise einer Stunde, bereitgestellt hat, um das Wärmeträgermedium 65 zu erwärmen. Die erste Wärmemenge kann beispielsweise auf Grundlage einer Integration der ersten Temperaturdifferenz zwischen der ersten Vorlauftemperatur T_A1 ausgangsseitig der Wärmepumpe 20 und der Rücklauftemperatur T_R, einer Förderleistung im Laufe des ersten Zeitintervalls der Förderpumpe 60 und einer Wärmekapazität des Wärmeträgermediums 65 ermittelt werden.
In einem auf den zweiten Verfahrensschritt 210 folgenden dritten Verfahrensschritt 215 wird eine zweite Wärmemenge des Wärmeerzeugers 25 zur Erwärmung des Wärmeträgermediums 65 von der ersten Vorlauftemperatur T_A1, die bei deaktivierter Wärmepumpe 20 der Rücklauftemperatur T_R entspricht, auf eine zweite Vorlauftemperatur T_A2 im Laufe des ersten Zeitintervalls ermittelt. Die zweite Wärmemenge kann beispielsweise auf Grundlage einer Integration der zweiten Temperaturdifferenz zwischen der zweiten Vorlauftemperatur T_A2 und der ersten Vorlauftemperatur T_A1, der Förderleistung im Laufe des ersten Zeitintervalls der Förderpumpe 60 und der Wärmekapazität des Wärmeträgermediums 65 ermittelt werden.
In einem auf den dritten Verfahrensschritt 215 folgenden vierten Verfahrensschritt 220 wird eine Gesamtwärmemenge durch die Steuereinrichtung 85 ermittelt. Die Gesamtwärmemenge ist beispielhaft eine Summe aus der ersten Wärmemenge (ermittelt im zweiten Verfahrensschritt 210) und der zweiten Wärmemenge (ermittelt im dritten Verfahrensschritt 215). Die Gesamtwärmemenge spiegelt dabei die Wärme wider, die im Laufe des ersten Zeitintervalls von dem Heizsystem 10 aufgewendet wurde, um das Wärmeträgermedium 65 von der Rücklauftemperatur T_R auf die zweite Vorlauftemperatur T_A2 zu erwärmen.
In einem auf den vierten Verfahrensschritt 220 folgenden fünften Verfahrensschritt 225 ermittelt die Steuereinrichtung 85 einen Wärmepumpenparameter. Der Wärmepumpenparameter ist hierbei ein Anteil der ersten Wärmemenge an der Gesamtwärmemenge. Mit anderen Worten ist der Wärmepumpenparameter ein Quotient aus der ersten Wärmemenge im Zähler und der Gesamtwärmemenge im Nenner. Der Wärmepumpenparameter kann beispielsweise Werte zwischen 0 und 1 aufweisen.
In einem auf den fünften Verfahrensschritt 225 folgenden sechsten Verfahrensschritt 230 überprüft die Steuereinrichtung 85, ob die Wärmepumpe 20 aktiviert ist. Ist dies der Fall, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem siebten Verfahrensschritt 235 fort. Der Wärmeerzeuger 25 kann aktiviert oder deaktiviert sein.
Ist die Wärmepumpe 20 deaktiviert, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem achten Verfahrensschritt 240 fort. Bei deaktivierter Wärmepumpe 20 durchströmt in 1 das Wärmeträgermedium 65 die Wärmepumpe 20, wobei die Rücklauftemperatur T_R im Wesentlichen der ersten Vorlauftemperatur T_A1 entspricht.
In dem siebten Verfahrensschritt 235 vergleicht im Rahmen eines ersten Vergleichs die Steuereinrichtung 85 den ermittelten Wärmepumpenparameter mit dem im Datenspeicher 90 abgelegten ersten Sollwert. Der erste Sollwert kann beispielsweise einen Wert von ausschließlich 0 bis ausschließlich 1, beispielsweise von einschließlich 0,4 bis einschließlich 0,8 aufweisen. Der erste Sollwert kann auch vordefiniert festgelegt werden. Zusätzlich vergleicht die Steuereinrichtung 85 im Rahmen des ersten Vergleichs den ersten Aufwandsparameter AP1 mit dem zweiten Aufwandsparameter AP2.
Die Steuereinrichtung 85 fährt mit einem neunten Verfahrensschritt 245 fort, wenn der Wärmepumpenparameter größer oder gleich dem ersten Sollwert ist und zusätzlich der erste Aufwandsparameter AP1 größer oder gleich dem zweiten Aufwandsparameter AP2 ist. Ist entweder der Wärmepumpenparameter kleiner als der erste Sollwert oder ist der erste Aufwandsparameter AP1 kleiner als der zweite Aufwandsparameter AP2, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem zehnten Verfahrensschritt 250 fort.
In dem neunten Verfahrensschritt 245 deaktiviert die Steuereinrichtung 85 mittels eines ersten Steuersignals, das an der Datenschnittstelle 95 bereitgestellt wird, die Wärmepumpe 20 und aktiviert im Gegenzug den Wärmeerzeuger 25 mittels eines zweiten Steuersignals, das an der Datenschnittstelle 95 bereitgestellt wird, für ein drittes Zeitintervall. Das dritte Zeitintervall kann 5 Minuten bis 20 Minuten betragen. In dem neunten Verfahrensschritt 245 wird also die Erwärmung von dem Wärmeträgermedium 65 von der Wärmepumpe 20 auf den Wärmeerzeuger 25 umgestellt. Dabei erfolgt im neunten Verfahrensschritt 245 die Erwärmung des Wärmeträgermediums 65 ausschließlich über den Wärmeerzeuger 25. Am Wärmetauscher 30, 40 gibt das Wärmeträgermedium 65 zumindest einen Teil der Wärme an die Sekundärseite 70, 80 ab, wobei die Sekundärseite 70, 80 in der Ausführungsform jeweils den Raum des Gebäudes beheizt. Abgekühlt wird das Wärmeträgermedium 65 von dem zweiten Wärmetauscher 40 zu der Wärmepumpe 20 zurückgeführt. Dort tritt das Wärmeträgermedium 65 abgekühlt mit der Rücklauftemperatur T_R wieder in die Wärmepumpe 20 ein. Im neunten Verfahrensschritt 245 nutzt die Steuereinrichtung 85 das von dem zweiten Temperatursensor 120 bereitgestellte zweite Temperatursignal der zweiten Vorlauftemperatur T_A2 und die ermittelte Rücklauftemperatur T_R, um den Wärmeerzeuger 25 im Closed-Loop zu regeln und das Wärmeträgermedium 65 auf die Sollvorlauftemperatur T_S zu erwärmen.
In dem achten Verfahrensschritt 240 führt die Steuereinrichtung 85 einen zweiten Vergleich durch. Dabei vergleicht die Steuereinrichtung 85 den Wärmepumpenparameter (ermittelt im fünften Verfahrensschritt 225) mit dem ersten Sollwert. Ferner vergleicht im achten Verfahrensschritt 240 die Steuereinrichtung 85 den ersten Aufwandsparameter AP1 mit dem zweiten Aufwandsparameter AP2 (ermittelt im ersten Verfahrensschritt 205).
Ist der Wärmepumpenparameter kleiner als der erste Sollwert oder ist der erste Aufwandsparameter AP1 kleiner als der zweite Aufwandsparameter AP2, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit dem zehnten Verfahrensschritt 250 fort. Ist der Wärmepumpenparameter größer oder gleich dem ersten Sollwert oder ist der erste Aufwandsparameter AP1 größer oder gleich dem zweiten Aufwandsparameter AP2, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem elften Verfahrensschritt 255 fort.
Im zehnten Verfahrensschritt 250 aktiviert mittels des ersten Steuersignals oder hält die Steuereinrichtung 85 die Wärmepumpe 20 für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall in Betrieb. Dabei erwärmt die Wärmepumpe 20 das mit der Rücklauftemperatur T_R strömende Wärmeträgermedium 65 auf die erste Vorlauftemperatur T_A1. Das zweite Zeitintervall kann beispielsweise fünf Minuten bis zwanzig Minuten betragen. Der Betrieb der Wärmepumpe 20 für zumindest das zweite Zeitintervall sorgt dafür, dass ein kurzzeitiger abwechselnder Betrieb zwischen der Wärmepumpe 20 und dem Wärmeerzeuger 25 mit einem schnellen Umschalten zwischen der Wärmepumpe 20 und dem Wärmeerzeuger 25 vermieden wird.
Im elften Verfahrensschritt 255 ermittelt die Steuereinrichtung 85, wie lange der Wärmeerzeuger 25 bereits im Betrieb ist, und vergleicht dies mit dem vordefinierten dritten Zeitintervall. Die Steuereinrichtung 85 belässt den Wärmeerzeuger 25 so lange im Betrieb, bis das dritte Zeitintervall abgelaufen ist.
In einem auf den zehnten Verfahrensschritt 250 folgenden zwölften Verfahrensschritt 260 wird die erste Vorlauftemperatur T_A1 des Wärmeträgermediums 65 erneut ermittelt.
In einem auf den zwölften Verfahrensschritt 260 folgenden dreizehnten Verfahrensschritt 265 vergleicht die Steuereinrichtung 85 die ermittelte erste Vorlauftemperatur T_A1 mit der vordefinierten Sollvorlauftemperatur T_S. Unterschreitet die ermittelte erste Vorlauftemperatur T_A1 die vordefinierte Sollvorlauftemperatur T_S um den vordefinierten zweiten Sollwert (beispielsweise 3 °C), so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem vierzehnten Verfahrensschritt 270 fort. Weicht die erste Vorlauftemperatur T_A1 um weniger als den zweiten Sollwert von der vordefinierten Sollvorlauftemperatur T_S ab, so fährt die Steuereinrichtung 85 mit einem fünfzehnten Verfahrensschritt 275 fort.
Im fünfzehnten Verfahrensschritt 275 bleibt die Wärmepumpe 20 aktiviert und erwärmt das Wärmeträgermedium 65 auf die vordefinierte Sollvorlauftemperatur T_S. Die Steuereinrichtung 85 deaktiviert in diesem Zustand den Wärmeerzeuger 25. Das Wärmeträgermedium 65 durchströmt den Wärmeerzeuger 25 und erreicht mit der Sollvorlauftemperatur im warmen Zustand die erste und/oder zweite Primärseite 50, 55 der Wärmetauscher 30, 40.
In der Ausführungsform regelt die Steuereinrichtung 85 in einem Closed-Loop-Verfahren die Erwärmung des Wärmeträgermediums 65 und berücksichtigt dabei die Rücklauftemperatur T_R, mit der das Wärmeträgermedium 65 von dem zweiten Wärmetauscher 40 rückströmt, und die erste Vorlauftemperatur T_A1.
In dem vierzehnten Verfahrensschritt 270 aktiviert zusätzlich zu der Wärmepumpe 20 die Steuereinrichtung 85 den Wärmeerzeuger 25 mittels des zweiten Steuersignals, das von der Steuereinrichtung 85 über die Datenschnittstelle 95 und die zweite Datenverbindung 105 an den Wärmeerzeuger 25 übertragen wird. Die Aktivierung des Wärmeerzeugers 25 erfolgt vorzugsweise für das dritte Zeitintervall, wobei das zweite Zeitintervall und das dritte Zeitintervall vorzugsweise identisch lang gewählt sein und gleichzeitig enden können. Auch kann das dritte Zeitintervall kürzer oder länger als das zweite Zeitintervall sein. Das auf die erste Vorlauftemperatur T_A1 erwärmte Wärmeträgermedium 65 strömt mit der ersten Vorlauftemperatur T_A1 in den Wärmeerzeuger 25 ein. In aktiviertem Zustand erwärmt der Wärmeerzeuger 25 das Wärmeträgermedium 65 von der ersten Vorlauftemperatur T_A1 auf die Sollvorlauftemperatur T_S. Dabei kann die Steuereinrichtung 85 den ersten Temperatursensor 110 und den zweiten Temperatursensor 120 nutzen, um den Wärmeerzeuger 25 und die Wärmepumpe 20 in einem Closed-Loop zu regeln.
Die Förderpumpe 60 fördert dann, wie bereits oben beschrieben, das auf die Sollvorlauftemperatur T_S erwärmte Wärmeträgermedium 65 zu dem Wärmetauscher 30, 40, so dass auch im vierzehnten Verfahrensschritt 270 das Wärmeträgermedium 65 im Kreislauf 35 strömt.
Nach dem neunten und elften Verfahrensschritt 245, 255 sowie dem vierzehnten und fünfzehnten Verfahrensschritt 270, 275 fährt die Steuereinrichtung 85 mit dem ersten Verfahrensschritt 205 fort. Bei der Wiederholung des zweiten Verfahrensschritts 210 wird die erste Wärmemenge, die die Wärmepumpe 20 bereitgestellt hat, um das Wärmeträgermedium 65 zu erwärmen, neu ermittelt. Die weiteren Verfahrensschritte 215 bis 275 werden auf Grundlage der neu ermittelten ersten Wärmemenge durchgeführt.
In der Wiederholung des dritten Verfahrensschritts 215 wird die zweite Wärmemenge, die der Wärmeerzeuger 25 innerhalb des ersten vordefinierten Zeitintervalls insgesamt bereitgestellt hat, neu berechnet und es werden die weiteren Verfahrensschritte 220 bis 275 auf Grundlage der zweiten Wärmemenge wiederholt.
Das bivalente Heizsystem 10 eignet sich insbesondere zur flexiblen Nutzung der Wärmepumpe 20 und des Wärmeerzeugers 25. Das bivalente Heizsystem 10 hat ferner den Vorteil, dass zwei unterschiedliche Energieträger zur Bereitstellung der Primärenergie für die Wärmepumpe 20 und den Wärmeerzeuger 25 zur Verfügung stehen. Dadurch kann durch das oben beschriebene Verfahren eine Optimierung in der Betriebsweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Energieträgers zur Verursachung minimaler Aufwandsmengen, beispielsweise von CO₂, erfolgen. Insbesondere können beispielsweise ungünstige Umwandlungswirkungsgradbereiche der Wärmepumpe 20 oder des Wärmeerzeugers 25 durch das oben beschriebene Verfahren vermieden werden. Insbesondere kann durch die entsprechende Festlegung des ersten und/oder zweiten spezifischen Aufwandsparameters das Steuerverhalten des Steuergeräts auf einfache Weise beeinflusst werden.
Eine zweite Ausführungsform eines Verfahrens zum Betrieb des in 1 gezeigten Heizsystems 10 ist im Wesentlichen identisch zu dem in 2 erläuterten Verfahren ausgebildet. Im Folgenden wird ausschließlich auf die Unterschiede des in 2 beschriebenen Verfahrens eingegangen.
In der zweiten Ausführungsform ermittelt die Steuereinrichtung 85 in dem dritten Verfahrensschritt 215 auf Grundlage des vordefinierten ersten Aufwandsparameter AP1 und der ermittelten ersten Wärmemenge eine erste Aufwandsmenge zur Erzeugung der ersten Wärmemenge. Ferner ermittelt die Steuereinrichtung 85 in dem dritten Verfahrensschritt 215 auf Grundlage des vordefinierten zweiten Aufwandsparameter AP2 und der ermittelten zweiten Wärmemenge eine zweite Aufwandsmenge zur Erzeugung der zweiten Wärmemenge. Die erste und/oder zweite Aufwandsmenge kann einem Primärenergiebedarf und/oder einer CO₂-Emission der Wärmepumpe 20 und/oder des Wärmeerzeugers 25 auf Basis des Primärenergiebedarfs entsprechen.
In dem vierten Verfahrensschritt 220 ermittelt die Steuereinrichtung 85 auf Grundlage der ermittelten ersten Wärmemenge und des vordefinierten zweiten Aufwandsparameter AP2 eine fiktive Aufwandsmenge des Wärmeerzeugers 25 zur Erzeugung der ersten Wärmemenge durch den Wärmeerzeuger 25. Mit anderen Worten entspricht die fiktive Aufwandsmenge dem Verbrauch der zweiten Aufwandsmenge, die notwendig gewesen wäre, um die erste Wärmemenge mittels des Wärmeerzeugers 25 zu erzeugen. Mittels des zweiten spezifischen Aufwandsparameters wird insbesondere ein Betriebsverhalten des Wärmeerzeugers 25 zur Erzeugung der ersten Wärmemenge abgebildet.
Im fünften Verfahrensschritt 225 ermittelt die Steuereinrichtung 85 wird der Wärmepumpenparameter als ein viertes Verhältnisses einer ersten Summe der ersten Aufwandsmenge und der zweiten Aufwandsmenge zu einer zweiten Summe der zweiten Aufwandsmenge und der fiktiven Aufwandsmenge (in mathematischer Schreibweise: Wärmepumpenparameter = (erste Aufwandsmenge + zweite Aufwandsmenge) / (zweite Aufwandsmenge + fiktiver Aufwandsmenge)). Der Wärmepumpenparameter spiegelt beispielsweise eine Einsparung beispielsweise von CO₂ durch den Betrieb des bivalenten Heizungssystems 10 im Betrieb gegenüber dem alleinigen Betriebs des zweiten Wärmeerzeugers 25 wider. Der erste Sollwert kann so gewählt sein, dass der erste Sollwert eine gewünschte Sollreduktion, beispielsweise eine CO₂-Reduktion, des bivalenten Heizsystems 10 gegenüber einem reinen Betrieb des Wärmeerzeugers 25 abbildet.
Die weiteren Verfahrensschritte werden wie oben beschrieben durchgeführt. Mit der alternativen Ausführungsform wird sichergestellt, dass zum einen ein Reduktionsziel (beispielsweise eine vordefinierte CO₂-Einsparung) mittels des Heizsystems 10 sichergestellt wird. Dadurch kann zum einen ein kostengünstiger Betrieb sichergestellt werden, zum anderen können mögliche Vorgaben, die der Nutzer wünscht, besonders einfach und automatisiert eingehalten werden.
Zusätzlich kann die Steuereinrichtung 85 als modellprädikativer Regler ausgebildet sein, um innerhalb des ersten Zeitintervalls eine optimale Nutzung der Primärenergien zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2655980 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines bivalenten Heizsystems (10) mit einer Wärmepumpe (20) und einem Wärmeerzeuger (25), wobei ein erster Aufwandsparameter (AP1) für einen Betrieb der Wärmepumpe (20) zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge und ein zweiter Aufwandsparameter (AP2) für einen Betrieb des Wärmeerzeugers (25) zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge ermittelt werden, wobei eine durch die Wärmepumpe (20) im Laufe eines ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte erste Wärmemenge zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums (65) ermittelt wird, wobei auf Basis der ersten Wärmemenge der Wärmepumpe (20) ein Wärmepumpenparameter ermittelt wird, wobei im Rahmen eines ersten Vergleichs der ermittelte Wärmepumpenparameter mit einem vordefinierten ersten Sollwert sowie der erste Aufwandsparameter (AP1) der Wärmepumpe mit dem zweiten Aufwandsparameter (AP2) des Wärmeerzeugers (25) verglichen werden, wobei bei Unterschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) kleiner als der zweite Aufwandsparameter (AP2) ist, die Wärmepumpe (20) für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Aufwandsparameter (AP1) auf Grundlage eines ersten Verhältnisses eines ersten spezifischen Aufwandsparameters zu einem ersten Umwandlungswirkungsgrad der Wärmepumpe (20) ermittelt wird, wobei der erste Umwandlungsparameter auf Grundlage wenigstens einer Quellentemperatur (T_A) und einer vordefinierten Sollvorlauftemperatur (T_S) des Wärmeträgermediums (65) ermittelt wird, wobei der zweite Aufwandsparameter (AP2) auf Grundlage eines zweiten Verhältnisses eines zweiten spezifischen Aufwandsparameters zu einem zweiten Umwandlungswirkungsgrads des Wärmeerzeugers (25) ermittelt wird, wobei auf Grundlage wenigstens einer Rücklauftemperatur (T_R) und wenigstens der Sollvorlauftemperatur (T_S) der zweite Umwandlungswirkungsgrad ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine im Laufe des ersten vordefinierten Zeitintervalls die durch den Wärmeerzeuger (25) bereitgestellte zweite Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums (65) ermittelt wird, wobei eine durch das Heizsystem (10) zur Erwärmung des Wärmeträgermediums (65) über das erste vordefinierte Zeitintervall aufgewendete Gesamtwärmemenge auf Basis der ersten Wärmemenge und der zweiten Wärmemenge ermittelt wird, wobei der Wärmepumpenparameter der Wärmepumpe (20) einen Anteil der ermittelten ersten Wärmemenge an der Gesamtwärmemenge abbildet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei auf Basis der ersten Wärmemenge und des ersten Aufwandsparameters (AP1) eine erste Aufwandsmenge der Wärmepumpe (20) zur Erzeugung der ersten Wärmemenge ermittelt wird, wobei eine durch den Wärmeerzeuger (25) im Laufe des ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte zweite Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums (65) ermittelt wird, wobei auf Grundlage der ersten Wärmemenge und des zweiten Aufwandsparameters (AP2) eine fiktive Aufwandsmenge des Wärmeerzeugers (25) zur Erzeugung der ersten Wärmemenge durch den Wärmeerzeuger (25) ermittelt wird, wobei der Wärmepumpenparameter als ein viertes Verhältnisses einer ersten Summe der ersten Aufwandsmenge und der zweiten Aufwandsmenge zu einer zweiten Summe der zweiten Aufwandsmenge und der fiktiven Aufwandsmenge ermittelt wird, wobei der Wärmepumpenparameter eine Reduzierung ersten Aufwandsmenge der Wärmepumpe (20) gegenüber dem Wärmeerzeuger (25) abbildet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmepumpe (20) das Wärmeträgermedium (65) auf eine erste Vorlauftemperatur (T_A1) erwärmt, wobei die erste Vorlauftemperatur (T_A1) des Wärmeträgermediums (65) ausgangsseitig der Wärmepumpe (20) ermittelt wird, wobei die erste Vorlauftemperatur (T_A1) mit der Sollvorlauftemperatur (T_S) in einem zweiten Vergleich verglichen wird, wobei bei Unterschreiten der Sollvorlauftemperatur (T_S) um einen vordefinierten zweiten Sollwert der Wärmeerzeuger (25) zu der Wärmepumpe (20) zugeschalten wird, um das Wärmeträgermedium (65) auf die Sollvorlauftemperatur (T_S) zu erwärmen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Überschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) beim ersten Vergleich größer als der zweite Aufwandsparameter (AP2) ist, der Wärmeerzeuger (25) für ein vordefiniertes drittes Zeitintervall betrieben wird und vorzugsweise die Wärmepumpe (20) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zeitlich vor Durchführung des ersten Vergleichs überprüft wird, ob die Wärmepumpe (20) in Betrieb ist oder deaktiviert ist, wobei der erste Vergleich nur dann durchgeführt wird, wenn die Wärmepumpe (20) in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei deaktivierter Wärmepumpe (20) ein dritter Vergleich durchgeführt wird, wobei im Rahmen des dritten Vergleichs der ermittelte Wärmepumpenparameter mit dem vordefinierten ersten Sollwert sowie der erste Aufwandsparameter (AP1) der Wärmepumpe (20) mit dem zweiten Aufwandsparameter (AP2) verglichen werden, wobei bei Unterschreiten des ersten Sollwerts im dritten Vergleich durch den Wärmepumpenparameter oder wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) im dritten Vergleich kleiner oder gleich dem zweiten Aufwandsparameter (AP2) ist, die Wärmepumpe (20) für das vordefinierte zweite Zeitintervall betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei bei Überschreiten des ersten Sollwerts im dritten Vergleich durch den Wärmepumpenparameter oder wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) größer als der zweite Aufwandsparameter (AP2) ist, der Wärmeerzeuger (25) für ein vordefiniertes drittes Zeitintervall betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor Ablauf des ersten Zeitintervalls und nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls die erste Wärmemenge erneut ermittelt wird und der Wärmepumpenparameter auf Grundlage der neu ermittelten ersten Wärmmenge erneut ermittelt wird.
Steuergerät (15) für ein bivalentes Heizsystem (10) mit einer Wärmepumpe (20) und einem Wärmeerzeuger (25), wobei das Steuergerät (15) eine Steuereinrichtung (85), einen mit der Steuereinrichtung (85) datentechnisch verbundenen Datenspeicher (90) und eine mit der Steuereinrichtung (85) datentechnisch verbundene Datenschnittstelle (95) aufweist, wobei die Datenschnittstelle (95) mit der Wärmepumpe (20) und dem Wärmeerzeuger (25) datentechnisch verbindbar ist, wobei wenigstens ein erster Sollwert in dem Datenspeicher (90) abgelegt sind, wobei die Steuereinrichtung (85) ausgebildet ist, einen ersten Aufwandsparameter (AP1) für einen Betrieb der Wärmepumpe (20) zur Bereitstellung einer vordefinierten Vergleichswärmemenge und einen zweiten Aufwandsparameter (AP2) für einen Betrieb des Wärmeerzeugers (25) zur Bereitstellung der vordefinierten Vergleichswärmemenge zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (85) ausgebildet ist, eine durch die Wärmepumpe (20) innerhalb eines ersten vordefinierten Zeitintervalls bereitgestellte erste Wärmemenge zur Erwärmung des Wärmeträgermediums (65) zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (85) ausgebildet ist, auf Basis der ersten Wärmemenge einen Wärmepumpenparameter zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (85) ausgebildet ist, bei Unterschreiten des ersten Sollwerts durch den Wärmepumpenparameter und wenn der erste Aufwandsparameter (AP1) kleiner dem zweiten Aufwandsparameter (AP2) ist, ein erstes Steuersignal an der Datenschnittstelle (95) zum Betreiben der Wärmepumpe (20) für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall bereitzustellen.
Bivalentes Heizsystem (10) mit einem Steuergerät (15), einer Wärmepumpe (20) und einem Wärmeerzeuger (25) zur Erwärmung eines Wärmeträgermediums (65) auf eine vordefinierte Sollvorlauftemperatur (Ts), wobei das Steuergerät (15) nach Anspruch 11 ausgebildet ist, wobei die Datenschnittstelle (95) mit der Wärmepumpe (20) und dem Wärmeerzeuger (25) datentechnisch verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (85) ausgebildet ist, mittels des an der Datenschnittstelle (95) bereitgestellten ersten Steuersignals die Wärmepumpe (20) für ein vordefiniertes zweites Zeitintervall zu betreiben.