DE102021125574B4 - METHOD FOR OPERATING A HEATING SYSTEM WITH FUEL CELL AND HEATING SYSTEM WITH FUEL CELL - Google Patents

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Abstract

Heizungssystem (1) für ein Gebäude (G), umfassend:einen Primärkreis, in dem ein erstes fluides Wärmeträgermedium zirkuliert;einen Sekundärkreis, in dem ein zweites fluides Wärmeträgermedium zirkuliert;einen Wärmeübertrager (7) zum Übertragen von Wärme zwischen einem Vorlauf (VP) des Primärkreises und einem Vorlauf (VS) des Sekundärkreises und zwischen einem Rücklauf (RP) des Primärkreises und einem Rücklauf (RS) des Sekundärkreises;eine im Primärkreis angeordnete erste Wärmesenke (4), die Wärme vom ersten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt;eine im Sekundärkreis angeordnete zweite Wärmesenke (5), die Wärme vom zweiten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt;eine im Primärkreis angeordnete Brennstoffzelle (2) zum Erzeugen elektrischen Stroms und Bereitstellen dabei erzeugter Wärme an die erste Wärmesenke (4) oder die zweite Wärmesenke (5);ein Umschaltventil (9) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der ersten Wärmesenke (4) zugeführt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der zweiten Wärmesenke (5) zugeführt wird;einen Rücklauftemperatursensor (8) zum Messen einer Rücklauftemperatur im Rücklauf (RS) des Sekundärkreises; undeine Regeleinrichtung (10) zum Regeln des Heizungssystems (1), wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist:das Umschaltventil (9) in Abhängigkeit der gemessenen Rücklauftemperatur in den ersten Zustand oder den zweiten Zustand zu schalten;die Rücklauftemperatur mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen; unddas Umschaltventil (9) in den ersten Zustand zu schalten, falls die Rücklauftemperatur gleich groß wie oder größer als der Grenzwert ist; oderdas Umschaltventil (9) in den zweiten Zustand zu schalten, falls die Rücklauftemperatur kleiner als der Grenzwert ist, wobei:im Sekundärkreis ein Volumenstromsensor angeordnet ist zum Messen eines Volumenstroms im Sekundärkreis; undder Grenzwert in Abhängigkeit des gemessenen Volumenstroms im Sekundärkreis und/oder in Abhängigkeit einer Leistung des Wärmeübertragers (7) bestimmt wird.Heating system (1) for a building (G), comprising:a primary circuit in which a first fluid heat transfer medium circulates;a secondary circuit in which a second fluid heat transfer medium circulates;a heat exchanger (7) for transferring heat between a flow (VP) of the primary circuit and a flow (VS) of the secondary circuit and between a return (RP) of the primary circuit and a return (RS) of the secondary circuit; a first heat sink (4) arranged in the primary circuit, which absorbs heat from the first fluid heat transfer medium; one arranged in the secondary circuit second heat sink (5), which absorbs heat from the second fluid heat transfer medium; a fuel cell (2) arranged in the primary circuit for generating electrical current and providing the heat generated thereby to the first heat sink (4) or the second heat sink (5); a switching valve (9 ) for switching between a first state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the first heat sink (4), and a second state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the second heat sink (5); one Return temperature sensor (8) for measuring a return temperature in the return line (RS) of the secondary circuit; anda control device (10) for controlling the heating system (1), wherein the control device (10) is configured: to switch the changeover valve (9) to the first state or the second state depending on the measured return temperature;to set the return temperature with a predetermined limit value compare; andswitching the changeover valve (9) to the first state if the return temperature is equal to or greater than the limit value; orswitching the changeover valve (9) to the second state if the return temperature is less than the limit value, wherein:a volume flow sensor is arranged in the secondary circuit for measuring a volume flow in the secondary circuit; andthe limit value is determined depending on the measured volume flow in the secondary circuit and/or depending on the performance of the heat exchanger (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizungssystem für ein Gebäude sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizungssystems. Insbesondere soll verhindert werden, dass eine Rücklauftemperatur über einen Grenzwert steigt, was zum Abschalten einer Brennstoffzelle im Heizungssystem führen könnte.The present invention relates to a heating system for a building and a method for operating a heating system. In particular, the aim is to prevent a return temperature from rising above a limit value, which could lead to a fuel cell in the heating system being switched off.

Brennstoffzellen werden seit einigen Jahren vermehrt in Heizungssystemen für Gebäude verwendet. Eine Brennstoffzelle wandelt chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffs (zum Beispiel Wasserstoff) und eines Oxidationsmittels (zum Beispiel Sauerstoff) in elektrische Energie um. Hierbei kann zusätzlich nutzbare Wärme erzeugt werden. Somit kann eine Brennstoffzelle vorteilhaft in einem Heizsystem mit Kraft-Wärme-Kopplung verwendet werden.Fuel cells have been increasingly used in heating systems for buildings in recent years. A fuel cell converts chemical reaction energy of a continuously supplied fuel (e.g. hydrogen) and an oxidizing agent (e.g. oxygen) into electrical energy. Additional usable heat can be generated here. A fuel cell can therefore be advantageously used in a heating system with combined heat and power.

Ein beispielhaftes Heizungssystem zum Bereitstellen von Strom und Warmwasser für ein Ein- bis Zweifamilienhaus kombiniert eine Brennstoffzelle mit einem zweiten Wärmeerzeuger, z.B. einen Spitzenlastkessel. Die Brennstoffzelle bezieht zum Beispiel Wasserstoff, der aus Erdgas gewonnen wird, als Brennstoff. Sauerstoff aus der Umgebungsluft kann als Oxidationsmittel verwendet werden. Der Wasserstoff reagiert in der Brennstoffzelle mit dem Luftsauerstoff zu Wasser, wobei ein Gleichstrom erzeugt wird, der mittels Wechselrichter zu einem nutzbaren Wechselstrom umgewandelt werden kann. Ferner wird nutzbare Wärme erzeugt, die an ein fluides Wärmeträgermedium (Wasser) und dann z.B. über einen Wärmetauscher an einen Pufferspeicher oder direkt an einen Heizkreis abgegeben werden kann.An exemplary heating system for providing electricity and hot water for a one- to two-family house combines a fuel cell with a second heat generator, e.g. a peak-load boiler. The fuel cell, for example, uses hydrogen, which is obtained from natural gas, as fuel. Oxygen from the ambient air can be used as an oxidizing agent. The hydrogen reacts with the oxygen in the air to form water in the fuel cell, producing a direct current that can be converted into a usable alternating current using an inverter. Furthermore, usable heat is generated, which can be transferred to a fluid heat transfer medium (water) and then, for example, via a heat exchanger to a buffer storage tank or directly to a heating circuit.

Die deutsche Patentanmeldung DE 103 40 891 A1 offenbart eine Heizungsanlage mit einem Brennstoffzellenheizgerät, einem Zusatzheizgerät, einem Heizungskreislauf mit thermischem Verbraucher, einem Hauptspeicher, der über einen Kreislauf und einem Wärmeaustauscher mit dem Heizkreislauf verbunden ist, sowie einen Vorspeicher, der über einen Wärmeaustauscher und den Kreislauf mit Vor- und Rücklauf des Brennstoffzellenheizgerätes verbunden sind. Brennstoffzellenheizgerät und Zusatzheizgerät sind parallel mit einer hydraulischen Weiche verbunden. Sekundärseitig ist an dieser hydraulischen Weiche der Heizkreislauf angeschlossen. Ist eine gewisse Temperatur überschritten, so soll die Rücklauftemperatur reduziert werden. Dies ist dadurch möglich, dass zusätzlich zum Rücklaufwasser des Kreislaufs auch Rücklaufwasser des Heizungskreislaufs zugemischt wird.The German patent application DE 103 40 891 A1 discloses a heating system with a fuel cell heater, an additional heater, a heating circuit with a thermal consumer, a main storage that is connected to the heating circuit via a circuit and a heat exchanger, and a pre-storage that has a heat exchanger and the circuit with flow and return of the fuel cell heater are connected. The fuel cell heater and additional heater are connected in parallel with a hydraulic switch. The heating circuit is connected to this hydraulic switch on the secondary side. If a certain temperature is exceeded, the return temperature should be reduced. This is possible because in addition to the return water from the circuit, return water from the heating circuit is also mixed in.

Das europäische Patent EP 3 073 200 B1 betrifft ein Heizsystem, das einen Primärwärmeerzeuger, einen Heizkreis und einen Fremdwärmeerzeuger umfasst. Der Fremdwärmeerzeuger ist über eine hydraulische Weiche mit dem Heizkreis gekoppelt. Eine Temperaturänderung wird an der hydraulischen Weiche erfasst, wodurch das Temperaturverhalten der hydraulischen Weiche besonders effektiv beobachtet werden kann. Wird kein Temperaturanstieg oder eine Temperabsenkung erfasst, so wird dies als eine Wärmeabnahme am Heizkreis interpretiert. Dies liegt insbesondere dann vor, wenn ein Volumenstrom im Heizkreis und damit auch im Inneren der hydraulischen Weiche vorliegt.The European patent EP 3 073 200 B1 relates to a heating system that includes a primary heat generator, a heating circuit and an external heat generator. The external heat generator is coupled to the heating circuit via a hydraulic switch. A change in temperature is detected at the hydraulic switch, which means that the temperature behavior of the hydraulic switch can be observed particularly effectively. If no increase or decrease in temperature is detected, this is interpreted as a decrease in heat in the heating circuit. This is particularly the case if there is a volume flow in the heating circuit and therefore also inside the hydraulic header.

Im Allgemeinen werden für Brennstoffzellen möglichst hohe Laufzeiten sowie möglichst wenige Abschaltvorgänge gewünscht. Dafür ist es jedoch notwendig, dass die erzeugte Wärme einen Abnehmer findet, da die meisten Brennstoffzellen keine hohen Rücklauftemperaturen vertragen. Dies kann dazu führen, dass die Laufzeiten der Brennstoffzelle stark von einer Außentemperatur in der Umgebung des Gebäudes abhängen.In general, the longest possible running times and as few shutdown processes as possible are desired for fuel cells. However, it is necessary that the heat generated finds a buyer, as most fuel cells cannot tolerate high return temperatures. This can mean that the fuel cell's running times depend heavily on the outside temperature in the building's surroundings.

Bei hohem Verbrauch von warmem Trinkwasser und/oder bei hohem Bedarf von Heizleistung, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen (z.B. unter 15°C), kann es vorkommen, dass die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme nicht ausreicht. In diesem Fall kann der Spitzenlastkessel (z.B. ein Gas-Brennwertkessel) zugeschaltet werden, dessen erzeugte Wärme insbesondere auch zum Laden des Pufferspeichers verwendet werden kann.If there is a high consumption of warm drinking water and/or a high demand for heating power, especially at low outside temperatures (e.g. below 15°C), it may happen that the heat generated by the fuel cell is not sufficient. In this case, the peak load boiler (e.g. a gas condensing boiler) can be switched on, the heat generated from which can also be used to charge the buffer storage.

Bei geringem Verbrauch von warmem Trinkwasser und/oder bei geringem Bedarf von Heizleistung, insbesondere bei mittleren bis hohen Außentemperaturen (z.B. über 15°C), kann es vorkommen, dass die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme nicht ausreichend abgeführt werden kann. Wenn dann die Rücklauftemperatur eine bestimmte Abschalttemperatur überschreitet (z.B. 50°C), muss die Brennstoffzelle abgeschaltet werden, was zu einer Reduzierung der Laufzeit der Brennstoffzelle führen kann.If there is low consumption of warm drinking water and/or if there is little need for heating power, especially at medium to high outside temperatures (e.g. above 15°C), it may happen that the heat generated by the fuel cell cannot be sufficiently dissipated. If the return temperature then exceeds a certain switch-off temperature (e.g. 50°C), the fuel cell must be switched off, which can lead to a reduction in the running time of the fuel cell.

Einerseits ist es vorteilhaft die Laufzeit einer Brennstoffzelle zu maximieren, um eine möglichst effiziente Erzeugung von Strom und Wärme zu gewährleisten. Andererseits ist es wünschenswert, Ein- und Ausschaltvorgänge der Brennstoffzelle zu reduzieren, da eine hohe Anzahl von Schaltvorgänge schädlich für die Brennstoffzelle sein kann.On the one hand, it is advantageous to maximize the running time of a fuel cell in order to ensure the most efficient generation of electricity and heat. On the other hand, it is desirable to reduce switching on and off of the fuel cell, since a high number of switching processes can be harmful to the fuel cell.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Heizungssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizungssystems anzugeben, das ein Überschreiten einer Abschalttemperatur im Rücklauf zur Brennstoffzelle vermeidet und somit ein ungewünschtes Abschalten der Brennstoffzelle verhindert, so dass die Anzahl von Schaltvorgängen minimiert und eine Laufzeit der Brennstoffzelle optimiert werden kann.The present invention is therefore based on the object of specifying a heating system and a method for operating a heating system that avoids exceeding a switch-off temperature in the return to the fuel cell and thus prevents the fuel cell from being switched off undesirably Fuel cell prevented, so that the number of switching operations can be minimized and the running time of the fuel cell can be optimized.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung gelingt die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe durch das Heizungssystem nach Anspruch 1. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung gelingt die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe durch das Verfahren zum Betreiben eines Heizungssystems nach Anspruch 6. Weitere Aspekte sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der angehängten Zeichnungen.According to a first aspect of the present disclosure, the problem according to the invention is solved by the heating system according to claim 1. According to a second aspect of the present disclosure, the problem according to the invention is solved by the method for operating a heating system according to claim 6. Further aspects are the subject of the dependent Claims, the following description of exemplary embodiments and the attached drawings.

Das erfindungsgemäße Heizungssystem dient insbesondere zum Bereitstellen von Wärme und elektrischem Strom für ein Gebäude, insbesondere ein gewerbliches Gebäude, wie z.B. ein Bürogebäude, oder ein Wohngebäude wie z.B. ein Einfamilienhaus, eine Doppelhaushälfte, ein Mehrfamilienhaus oder dergleichen, bzw. eine oder mehrere Wohneinheiten in einem Gebäude.The heating system according to the invention is used in particular to provide heat and electrical power for a building, in particular a commercial building, such as an office building, or a residential building such as a single-family house, a semi-detached house, an apartment building or the like, or one or more residential units in one Building.

Das Heizungssystem kann konfiguriert sein, neben Wärme auch weitere Energieformen bereitzustellen, wie beispielsweise Kälte und/oder elektrische Energie. Bei dem Heizungssystem kann es sich insbesondere um eine Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HLKA) handeln. Außerdem kann das Heizungssystem warmes Wasser als Brauchwasser, beispielsweise für Küche und Bad und dergleichen bereitstellen.The heating system can be configured to provide other forms of energy in addition to heat, such as cold and/or electrical energy. The heating system can in particular be a heating, ventilation and air conditioning (HVAC) system. In addition, the heating system can provide warm water as service water, for example for the kitchen and bathroom and the like.

Ein erfindungsgemäßes Heizungssystem für ein Gebäude umfasst einen Primärkreis, einen Sekundärkreis, mindestens einen Wärmeübertrager, eine erste Wärmesenke, eine zweite Wärmesenke, mindestens eine Brennstoffzelle, mindestens ein Umschaltventil, mindestens einen Rücklauftemperatursensor und eine Regeleinrichtung. In bevorzugten Ausführungen kann das Heizungssystem mehr als zwei Wärmesenken aufweisen, die jeweils separate Kreisläufe für ein Wärmeträgermedium aufweisen können.A heating system according to the invention for a building comprises a primary circuit, a secondary circuit, at least one heat exchanger, a first heat sink, a second heat sink, at least one fuel cell, at least one switching valve, at least one return temperature sensor and a control device. In preferred embodiments, the heating system can have more than two heat sinks, each of which can have separate circuits for a heat transfer medium.

Im Primärkreis zirkuliert ein erstes fluides Wärmeträgermedium. Im Sekundärkreis zirkuliert ein zweites fluides Wärmeträgermedium. Beim ersten und zweiten Wärmeträgermedium handelt es sich beispielsweise um Wasser. Der Primärkreis kann auch als Erzeugerkreis bezeichnet werden und der Sekundärkreis kann auch als Verbraucherkreis bezeichnet werden.A first fluid heat transfer medium circulates in the primary circuit. A second fluid heat transfer medium circulates in the secondary circuit. The first and second heat transfer medium are, for example, water. The primary circuit can also be referred to as the producer circuit and the secondary circuit can also be referred to as the consumer circuit.

Das fluide Wärmeträgermedium dient zum Transportieren der Wärme. Üblicherweise wird ein Gas oder eine Flüssigkeit als Wärmeträgermedium verwendet, insbesondere Wasser. Beispielsweise können Primärkreis und Sekundärkreis jeweils Wasser als Wärmeträgermedium verwenden. Der Wärmeübertrager entkoppelt den Massestrom (bzw. Volumenstrom) des Wärmeträgermediums im Primärkreis vom Massenstrom (bzw. Volumenstrom) des Wärmeträgermediums im Sekundärkreis.The fluid heat transfer medium is used to transport the heat. A gas or a liquid is usually used as a heat transfer medium, especially water. For example, the primary circuit and secondary circuit can each use water as a heat transfer medium. The heat exchanger decouples the mass flow (or volume flow) of the heat transfer medium in the primary circuit from the mass flow (or volume flow) of the heat transfer medium in the secondary circuit.

Das Heizungssystem umfasst einen Wärmeübertrager zum Übertragen von Wärme zwischen Primärkreis und Sekundärkreis. Insbesondere überträgt der Wärmeübertrager Wärme zwischen einem Vorlauf des Primärkreises und einem Vorlauf des Sekundärkreises und zwischen einem Rücklauf des Primärkreises und einem Rücklauf des Sekundärkreises. Hierzu wird der Wärmeübertrager jeweils vom ersten Wärmeträgermedium des Primärkreises und vom zweiten Wärmeträgermedium des Sekundärkreises durchströmt. Der Wärmeübertrager wird insbesondere auch als Wärmetauscher bezeichnet. Als Wärmeübertrager kann beispielsweise ein Trennwärmetauscher oder ein Plattenwärmetauscher verwendet werden.The heating system includes a heat exchanger for transferring heat between the primary circuit and secondary circuit. In particular, the heat exchanger transfers heat between a flow of the primary circuit and a flow of the secondary circuit and between a return of the primary circuit and a return of the secondary circuit. For this purpose, the first heat transfer medium of the primary circuit and the second heat transfer medium of the secondary circuit flow through the heat exchanger. The heat exchanger is also referred to in particular as a heat exchanger. For example, a separation heat exchanger or a plate heat exchanger can be used as a heat exchanger.

Die erste Wärmesenke ist im Primärkreis angeordnet und nimmt dann Wärme vom ersten fluiden Wärmeträgermedium auf. Die zweite Wärmesenke ist im Sekundärkreis angeordnet und nimmt entsprechend Wärme vom zweiten fluiden Wärmeträgermedium auf. In alternativen Ausführungen, die nicht unter die vorliegende Erfindung fallen, kann die erste Wärmesenke auch im Sekundärkreis angeordnet sein. Weiter bevorzugt können mehrere Wärmesenken im Sekundärkreis und/oder im Primärkreis angeordnet sein.The first heat sink is arranged in the primary circuit and then absorbs heat from the first fluid heat transfer medium. The second heat sink is arranged in the secondary circuit and accordingly absorbs heat from the second fluid heat transfer medium. In alternative embodiments that do not fall under the present invention, the first heat sink can also be arranged in the secondary circuit. More preferably, several heat sinks can be arranged in the secondary circuit and/or in the primary circuit.

Die Brennstoffzelle ist im Primärkreis angeordnet und erzeugt elektrischen Strom und kann dabei erzeugte Wärme an die erste Wärmesenke oder die zweite Wärmesenke bereitstellen. Die Brennstoffzelle dient insbesondere als Wärmeerzeuger.The fuel cell is arranged in the primary circuit and generates electrical power and can thereby provide the heat generated to the first heat sink or the second heat sink. The fuel cell serves in particular as a heat generator.

Das Umschaltventil, welches z.B. ein steuerbares Dreiwegeventil sein kann, dient zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle der ersten Wärmesenke zugeführt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle der zweiten Wärmesenke zugeführt wird.The switching valve, which can be a controllable three-way valve, for example, serves to switch between a first state in which the heat of the fuel cell is supplied to the first heat sink and a second state in which the heat of the fuel cell is supplied to the second heat sink.

Bei bevorzugten Ausführungen mit mehr als zwei Wärmesenken können weitere steuerbare Umschaltventile im Heizungssystem vorhanden sein, so dass jeweils eine oder mehrere Wärmesenken gezielt mit Wärme versorgt werden können. In solchen Ausführungen kann es entsprechend einen dritten (vierten, usw.) Zustand geben, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle einer dritten (vierten, usw.) Wärmesenke zugeführt wird. Ferner kann es Zustände geben bei denen festgelegte Kombinationen von Wärmesenken mit Wärme versorgt werden, in dem mehr als ein Umschaltventil entsprechend geschaltet wird. Die Grundidee der Erfindung wird im Folgenden aber anhand einer Ausführung mit zwei Wärmesenken und einem Umschaltventil beschrieben.In preferred embodiments with more than two heat sinks, additional controllable switching valves can be present in the heating system, so that one or more heat sinks can be specifically supplied with heat. In such embodiments, there may accordingly be a third (fourth, etc.) state in which the heat from the fuel cell is supplied to a third (fourth, etc.) heat sink. Furthermore, there can be conditions in which fixed combinations of heat sinks are supplied with heat, in which more than one changeover valve is switched accordingly. The basic idea of the invention is described below using an embodiment with two heat sinks and a changeover valve.

Falls sowohl die erste als auch zweite Wärmesenke im Sekundärkreis angeordnet sind, was nicht unter die vorliegende Erfindung fällt, so kann das Umschaltventil dennoch so angeordnet sein, dass es zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschalten kann. Hierzu kann der Sekundärkreis zwei entsprechend verzweigt aufgebaute hydraulische Kreise aufweisen, wobei die erste Wärmesenke im ersten Kreis und die zweite Wärmesenke im zweiten Kreis angeordnet ist.If both the first and second heat sinks are arranged in the secondary circuit, which is not covered by the present invention, the switching valve can still be arranged so that it can switch between the first state and the second state. For this purpose, the secondary circuit can have two correspondingly branched hydraulic circuits, with the first heat sink being arranged in the first circle and the second heat sink being arranged in the second circle.

Die erste Wärmesenke und die zweite Wärmesenke können unterschiedlich viel Wärme aufnehmen. Je nach Betriebszustand des Heizungssystems kann die erste Wärmesenke oder die zweite Wärmesenke mehr Wärme aufnehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung, kann die erste Wärmesenke mehr Wärme abführen, speichern oder verbrauchen als die zweite Wärmesenke.The first heat sink and the second heat sink can absorb different amounts of heat. Depending on the operating state of the heating system, the first heat sink or the second heat sink can absorb more heat. According to a preferred embodiment, the first heat sink can dissipate, store or consume more heat than the second heat sink.

In einer bevorzugten Ausführung kann die erste Wärmesenke eine Teilmenge der zweiten Wärmesenke sein. Alternativ kann die zweite Wärmesenke eine Teilmenge der ersten Wärmesenke sein. Entscheidend für die erfindungsgemäße Lösung ist lediglich, dass die erste Wärmesenke und die zweite Wärmesenke ein unterschiedliches Wärmeaufnahmevermögen aufweisen, so dass die Rücklauftemperatur zur Brennstoffzelle durch Umschalten zwischen erstem Zustand und zweitem Zustand verringert werden kann, um ein Abschalten der Brennstoffzelle zu vermeiden. Hierbei ist zu beachten, dass das Wärmeaufnahmevermögen der Wärmesenken jeweils zeitlich veränderlich sein kann. Durch Messen von Temperaturen in und/oder Volumenströmen durch die jeweilige Wärmesenke kann die Regeleinrichtung ermitteln, welche Wärmesenke aktuell ein höheres Restwärmeaufnahmevermögen aufweist, so dass die Regeleinrichtung das Umschaltventil so schalten kann, um einen ungewünschten Anstieg der Rücklauftemperatur zur Brennstoffzelle zu vermeiden.In a preferred embodiment, the first heat sink may be a subset of the second heat sink. Alternatively, the second heat sink may be a subset of the first heat sink. The only decisive factor for the solution according to the invention is that the first heat sink and the second heat sink have a different heat absorption capacity, so that the return temperature to the fuel cell can be reduced by switching between the first state and the second state in order to avoid switching off the fuel cell. It should be noted that the heat absorption capacity of the heat sinks can vary over time. By measuring temperatures in and/or volume flows through the respective heat sink, the control device can determine which heat sink currently has a higher residual heat absorption capacity, so that the control device can switch the switching valve in order to avoid an undesirable increase in the return temperature to the fuel cell.

Für beide Wärmesenken können jeweils prozesstechnische Freigaben definiert werden, die für das Schalten des Umschaltventils auf die entsprechende Wärmesenke erfüllt sein müssen. Die bevorzugte Position des Umschaltventils kann beispielsweise in Richtung der ersten Wärmesenke festgelegt sein (erster Zustand). Diese Position kann beispielsweise dann aktiv sein, wenn beide Wärmesenken ihre Freigabebedingungen nicht erfüllen. Erfüllt nur eine der beiden Wärmesenken ihre Freigabebedingungen, wird das Umschaltventil in Richtung dieser freigegebenen Wärmesenke geschaltet. Sollten die Freigabebedingungen beider Wärmesenken erfüllt sein, entscheidet der Wärmebedarf der einzelnen Wärmesenken darüber, in welche Richtung die Regeleinrichtung das Umschaltventil schaltet.Process engineering releases can be defined for both heat sinks, which must be met in order to switch the changeover valve to the corresponding heat sink. The preferred position of the switching valve can be set, for example, in the direction of the first heat sink (first state). This position can be active, for example, if both heat sinks do not meet their release conditions. If only one of the two heat sinks meets its release conditions, the switching valve is switched in the direction of this released heat sink. If the release conditions of both heat sinks are met, the heat requirement of the individual heat sinks determines in which direction the control device switches the changeover valve.

Der Rücklauftemperatursensor dient zum Messen einer Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums, das in Richtung zur Brennstoffzelle fließt. Der Rücklauftemperatursensor ist erfindungsgemäß im Rücklauf des Sekundärkreises angeordnet, beispielsweise in Strömungsrichtung kurz vor dem Wärmetauscher. In einer alternativen Ausführungsform kann der Rücklauftemperatursensor zwischen dem Wärmetauscher und der Brennstoffzelle angeordnet sein, also im Rücklauf des Primärkreises.The return temperature sensor is used to measure a return temperature of the heat transfer medium that flows towards the fuel cell. According to the invention, the return temperature sensor is arranged in the return of the secondary circuit, for example in the flow direction just before the heat exchanger. In an alternative embodiment, the return temperature sensor can be arranged between the heat exchanger and the fuel cell, i.e. in the return of the primary circuit.

Ein weiterer Temperatursensor kann in Strömungsrichtung des fluiden Wärmeträgermediums vor dem Wärmetauscher im Vorlauf des Primärkreises angeordnet sein und eine erste Temperatur des fluiden Wärmeträgermediums im Primärkreis messen. Diese erste Temperatur wird auch als Vorlauftemperatur oder Kesseltemperatur im Primärkreis bezeichnet. Im Wesentlichen kann dieser Temperatursensor die Temperatur messen, mit der das Wärmeträgermedium im Primärkreis, zum Beispiel an den Wärmeübertrager, bereitgestellt wird.A further temperature sensor can be arranged in the flow direction of the fluid heat transfer medium in front of the heat exchanger in the flow of the primary circuit and measure a first temperature of the fluid heat transfer medium in the primary circuit. This first temperature is also referred to as the flow temperature or boiler temperature in the primary circuit. Essentially, this temperature sensor can measure the temperature at which the heat transfer medium is provided in the primary circuit, for example to the heat exchanger.

Zusätzlich zum Rücklauftemperatursensor kann ein Vorlauftemperatursensor im Vorlauf des Sekundärkreises angeordnet sein und eine Vorlauftemperatur des zweiten fluiden Wärmeträgermediums im Sekundärkreis messen. Anhand der Vorlauftemperatur des Sekundärkreises und der Vorlauftemperatur des Primärkreises kann beispielsweise ein Wärmeübertrag vom Primärkreis auf den Sekundärkreis und/oder ein Wärmeübertragungskoeffzienz des Wärmeübertragers ermittelt bzw. berechnet werden. Der Wärmeübertragungskoeffzienz beschreibt, wie effizient der Wärmeübertrager Wärme vom Primärkreis zum Sekundärkreis überträgt. Die Vorlauftemperatur des Sekundärkreises kann auch als Auslauftemperatur des Wärmeübertragers bezeichnet sein.In addition to the return temperature sensor, a flow temperature sensor can be arranged in the flow of the secondary circuit and measure a flow temperature of the second fluid heat transfer medium in the secondary circuit. Based on the flow temperature of the secondary circuit and the flow temperature of the primary circuit, for example, a heat transfer from the primary circuit to the secondary circuit and/or a heat transfer coefficient of the heat exchanger can be determined or calculated. The heat transfer coefficient describes how efficiently the heat exchanger transfers heat from the primary circuit to the secondary circuit. The flow temperature of the secondary circuit can also be referred to as the outlet temperature of the heat exchanger.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung kann das Heizungssystem einen Außentemperatursensor zum Messen einer Außentemperatur des Gebäudes aufweisen. Eine Außentemperatur kann insbesondere bei einem witterungsgeführten Betrieb des Heizungssystems verwendet werden. Insbesondere kann eine Heizkennlinie anhand der Außentemperatur bestimmt werden.According to a preferred embodiment, the heating system may have an outside temperature sensor for measuring an outside temperature of the building. An outside temperature can be used in particular when the heating system is operated under weather conditions. In particular, a heating characteristic can be determined based on the outside temperature.

Die Regeleinrichtung dient zum Regeln des Heizungssystems. Insbesondere steuert die Regeleinrichtung das Umschaltventil, um in den ersten Zustand oder in den zweiten Zustand zu schalten. Die Steuerung des Umschaltventils durch die Regeleinrichtung erfolgt derart, dass einerseits der Wärmebedarf der Wärmesenken optimal gedeckt wird, also z.B. in Abhängigkeit jeweils vorgegebener Solltemperaturen, und dass andererseits die Rücklauftemperatur zur Brennstoffzelle unterhalb der Abschalttemperatur bleibt, um somit die Laufzeit der Brennstoffzelle zu optimieren.The control device is used to regulate the heating system. In particular, the control device controls the switching valve in order to switch to the first state or to the second state. The switching valve is controlled by the control device in such a way that, on the one hand, the heat requirement of the heat sinks is optimally covered, for example depending on predetermined target temperatures, and on the other hand, the return temperature to the fuel cell remains below the switch-off temperature in order to thus optimize the running time of the fuel cell.

Die Regeleinrichtung ist drahtgebunden über geeignete Signalleitungen und/oder drahtlos mit der Brennstoffzelle, mit dem Umschaltventil und den Temperatursensoren verbunden. Somit kann die Regeleinrichtung unter anderem Messwerte empfangen und/oder Steuer- bzw. Regelsignale übertragen.The control device is wired via suitable signal lines and/or wirelessly connected to the fuel cell, to the switching valve and to the temperature sensors. The control device can therefore, among other things, receive measured values and/or transmit control or regulation signals.

Die Regeleinrichtung empfängt die vom Rücklauftemperatursensor gemessene Rücklauftemperatur und vergleicht sie mit einem Grenzwert, der vorgegeben wird. Falls die gemessene Rücklauftemperatur gleich groß wie oder größer als der Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den ersten Zustand. Falls die gemessene Rücklauftemperatur kleiner als der Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den zweiten Zustand. Im ersten Zustand kann vorzugsweise mehr Wärme aus dem Wärmeträgermedium abgeführt werden, so dass im ersten Zustand ein schnellerer und/oder größerer Abfall der Rücklauftemperatur erfolgen kann.The control device receives the return temperature measured by the return temperature sensor and compares it with a limit value that is specified. If the measured return temperature is equal to or greater than the limit value, the control device switches the changeover valve to the first state. If the measured return temperature is lower than the limit value, the control device switches the changeover valve to the second state. In the first state, more heat can preferably be dissipated from the heat transfer medium, so that a faster and/or larger drop in the return temperature can occur in the first state.

Der Grenzwert der Rücklauftemperatur dient im Wesentlichen dazu, die Brennstoffzelle und insbesondere einen sogenannten Stack der Brennstoffzelle vor einer Beschädigung bzw. Überhitzung zu schützen. Ist die Rücklauftemperatur größer als eine Abschalttemperatur der Brennstoffzelle von beispielsweise 50°C, schaltet die Brennstoffzelle ab, um sich zu schützen. Das Abschalten kann z.B. durch eine interne Regelung der Brennstoffzelle oder durch die Regeleinrichtung des Heizungssystems erfolgen.The limit value of the return temperature essentially serves to protect the fuel cell and in particular a so-called stack of the fuel cell from damage or overheating. If the return temperature is greater than a switch-off temperature of the fuel cell of, for example, 50 ° C, the fuel cell switches off to protect itself. The switching off can be done, for example, by an internal control of the fuel cell or by the control device of the heating system.

Der Grenzwert kann insbesondere so festgelegt werden, dass die Abschalttemperatur der Brennstoffzelle auch dann nicht erreicht wird, wenn die Rücklauftemperatur den Grenzwert erreicht bzw. leicht überschreitet. Beispielsweise kann der Grenzwert um einen Offset kleiner als die Abschalttemperatur der Brennstoffzelle sein. Außerdem kann der Grenzwert auch in Abhängigkeit eines Wärmeübertragungskoeffizienten des Wärmeübertrageres und/oder in Abhängigkeit eines Massen- bzw. Volumenstroms im Rücklauf des Sekundärkreises bestimmt werden, was später genauer beschrieben wird.The limit value can in particular be set so that the switch-off temperature of the fuel cell is not reached even if the return temperature reaches or slightly exceeds the limit value. For example, the limit value can be an offset smaller than the switch-off temperature of the fuel cell. In addition, the limit value can also be determined depending on a heat transfer coefficient of the heat exchanger and / or depending on a mass or volume flow in the return of the secondary circuit, which will be described in more detail later.

Ein Schalten in den ersten Zustand bzw. ein Betreiben des Heizungssystems mit dem Umschaltventil im ersten Zustand soll vorteilhaft zu einer Reduzierung der Rücklauftemperatur bzw. zu einem geringeren Maximalwert der Rücklauftemperatur führen, so dass die Rücklauftemperatur unter den Grenzwert absinkt bzw. nicht über den Grenzwert ansteigt, so dass ein Abschalten der Brennstoffzelle vermieden werden kann.Switching to the first state or operating the heating system with the changeover valve in the first state should advantageously lead to a reduction in the return temperature or to a lower maximum value of the return temperature, so that the return temperature drops below the limit value or does not rise above the limit value , so that switching off the fuel cell can be avoided.

Ein Schalten in den zweiten Zustand bzw. ein Betreiben des Heizungssystems mit dem Umschaltventil im zweiten Zustand kann zu einem Ansteigen der Rücklauftemperatur bzw. zu einem höheren Maximalwert der Rücklauftemperatur führen, so dass die Rücklauftemperatur über den Grenzwert steigen kann, so dass ein Abschalten der Brennstoffzelle notwendig werden kann.Switching to the second state or operating the heating system with the changeover valve in the second state can lead to an increase in the return temperature or to a higher maximum value of the return temperature, so that the return temperature can rise above the limit value, so that the fuel cell can be switched off may become necessary.

Alternativ kann bei gemessener Rücklauftemperatur kleiner als der vorgegebene Grenzwert auch erlaubt sein, dass die die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den ersten Zustand schaltet. Dies kann beispielsweise in Abhängigkeit weiterer Betriebsparameter des Heizungssystems erfolgen. Diese Ausführung fällt nicht unter die Ansprüche und dient lediglich der Veranschaulichung.Alternatively, if the measured return temperature is less than the predetermined limit value, it can also be permitted for the control device to switch the changeover valve to the first state. This can be done, for example, depending on other operating parameters of the heating system. This version is not covered by the claims and is for illustrative purposes only.

Somit kann die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Rücklauftemperatur, bzw. in Abhängigkeit einer Abweichung der gemessenen Rücklauftemperatur zum Grenzwert festlegen, ob die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme an die erste Wärmesenke oder an die zweite Wärmesenke bereitgestellt werden soll. Hierbei kann einer der beiden Zustände als bevorzugt festgelegt werden.The control device can thus determine, depending on the measured return temperature, or depending on a deviation of the measured return temperature from the limit value, whether the heat generated by the fuel cell should be provided to the first heat sink or to the second heat sink. One of the two states can be set as preferred.

Im Sekundärkreis, beispielsweise im Vorlauf und/oder im Rücklauf, ist ein Massen- bzw. Volumenstromsensor angeordnet, der einen Massenstrom bzw. einen Volumenstrom des zweiten fluiden Wärmeträgermediums im Sekundärkreis misst. Der Grenzwert wird dann auch in Abhängigkeit des gemessenen Massenstroms bzw. Volumenstroms im Sekundärkreis und/oder in Abhängigkeit einer Leistung des Wärmeübertragers und/oder eines Wärmeübertragungskoeffizienten bestimmt. Hierzu können beispielsweise entsprechende Kennlinien in der Regeleinrichtung hinterlegt bzw. gespeichert sein. Alternativ kann die Regeleinrichtung den Grenzwert in Abhängigkeit eines der genannten Parameter oder in Abhängigkeit einer Vielzahl von Parametern berechnen.In the secondary circuit, for example in the flow and/or in the return, a mass or volume flow sensor is arranged, which measures a mass flow or a volume flow of the second fluid heat transfer medium in the secondary circuit. The limit value is then also determined depending on the measured mass flow or volume flow in the secondary circuit and/or depending on the performance of the heat exchanger and/or a heat transfer coefficient. For this purpose, for example, corresponding characteristic curves can be stored or stored in the control device. Alternatively, the control device can calculate the limit value depending on one of the parameters mentioned or depending on a large number of parameters.

Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Wärmesenke im Primärkreis um einen im Primärkreis angeordneten Wärmespeicher. Der Wärmespeicher kann mindestens einen Temperatursensor zum Messen einer Isttemperatur im Wärmespeicher aufweisen. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Temperatursensor im Wärmespeicher angeordnet, um eine Temperaturverteilung im Wärmespeicher zu messen.The first heat sink in the primary circuit is preferably a heat storage device arranged in the primary circuit. The heat storage can have at least one temperature sensor for measuring an actual temperature in the heat storage. Preferably, a plurality of temperature sensors are arranged in the heat storage in order to measure a temperature distribution in the heat storage.

Alternativ kann der Wärmespeicher im Sekundärkreis des Heizungssystems angeordnet sein und Wärme aus dem im Sekundärkreis zirkulierenden fluiden Wärmeträgermedium beziehen und speichern. Der Wärmespeicher kann allgemein als Wärmeverbraucher aufgefasst werden. In einer solchen Ausführung ist auch die zweite Wärmesenke im Sekundärkreis angeordnet, wobei das Umschaltventil dann ebenfalls im Sekundärkreis angeordnet ist, um zwischen einer Versorgung der ersten Wärmesenke oder der zweiten Wärmesenke mit Wärme umzuschalten. Diese Ausführung mit erster und zweiter Wärmesenke im Sekundärkreis fällt nicht unter die Ansprüche und dient lediglich der Veranschaulichung.Alternatively, the heat storage can be arranged in the secondary circuit of the heating system and obtain and store heat from the fluid heat transfer medium circulating in the secondary circuit. The heat storage can generally be viewed as a heat consumer. In such an embodiment, the second heat sink is also arranged in the secondary circuit, with the switching valve then also being arranged in the secondary circuit in order to switch between supplying the first heat sink or the second heat sink with heat. This version with first and second heat sinks in the secondary circuit is not covered by the claims and is for illustrative purposes only.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Sekundärkreis mit der zweiten Wärmesenke ein Heizkreis, der eine Vielzahl von Radiatoren und/oder mindestens eine Fußbodenheizung aufweist. Die Vielzahl von Radiatoren und/oder die mindestens eine Fußbodenheizung sind Wärmeverbraucher und werden mit dem Begriff zweite Wärmesenke zusammengefasst.According to a preferred embodiment of the invention, the secondary circuit with the second heat sink is a heating circuit that has a plurality of radiators and/or at least one underfloor heating system. The plurality of radiators and/or the at least one underfloor heating are heat consumers and are summarized by the term second heat sink.

Eine erste beispielhafte Freigabebedingung der zweiten Wärmesenke (Heizkreis) kann sein, dass kein Fehler in der Heizkreis-Sensorik (z.B. Temperatursensoren und Volumenstromsensoren) vorliegt.A first exemplary release condition of the second heat sink (heating circuit) can be that there is no error in the heating circuit sensors (e.g. temperature sensors and volume flow sensors).

Eine weitere beispielhafte Freigabebedingung des Heizkreises ist, dass der Volumenstrom im Heizkreis größer als ein parametrierbarer Schwellwert ist. Muss beispielsweise ein zweiter Wärmeerzeuger im Primärkreis des Heizungssystems (später beschriebener Spitzenlastkessel) kalibriert werden, darf die Rücklauftemperatur im Heizkreis nicht größer sein als ein volumenstromabhängiger Schwellwert sein, der über eine Kalibrationskennlinie vorgegeben werden kann.Another exemplary release condition for the heating circuit is that the volume flow in the heating circuit is greater than a parameterizable threshold value. For example, if a second heat generator in the primary circuit of the heating system (peak load boiler described later) needs to be calibrated, the return temperature in the heating circuit must not be greater than a volume flow-dependent threshold value that can be specified via a calibration characteristic curve.

Eine weitere beispielhafte Freigabebedingung des Heizkreises ist. dass die Rücklauftemperatur im Heizkreis nicht größer sein als ein parametrierbarer Schwellwert mit volumenstromabhängigem Offset ist. Dieser Schwellwert entspricht dem zuvor genannten Grenzwert der Rücklauftemperatur im Sekundärkreis. Ziel dieses Offsets ist es über die Rücklauftemperatur im Sekundärkreis und den Volumenstrom möglichst früh einen Anstieg der Rücklauftemperatur zur Brennstoffzelle zu detektieren und dementsprechend auf die erste Wärmesenke umzuschalten. Durch ein Umschalten auf die erste Wärmesenke und die darin vorhandene Restwärmekapazität, kann die Rücklauftemperatur zur Brennstoffzelle reduziert und ein Abschalten der Brennstoffzelle verhindert werden.Another exemplary release condition for the heating circuit is: that the return temperature in the heating circuit must not be greater than a parameterizable threshold with a volume flow-dependent offset. This threshold corresponds to the aforementioned limit value of the return temperature in the secondary circuit. The aim of this offset is to use the return temperature in the secondary circuit and the volume flow to detect an increase in the return temperature to the fuel cell as early as possible and to switch to the first heat sink accordingly. By switching to the first heat sink and the residual heat capacity present therein, the return temperature to the fuel cell can be reduced and the fuel cell can be prevented from being switched off.

Für die erste Wärmesenke können ebenfalls Freigabebedingungen festgelegt werden, die erfüllt sein müssen, damit ein Umschalten in den ersten Zustand erlaubt ist. Eine erste Freigabebedingung kann sein, dass kein Fehler in der Sensorik (z.B. Temperatursensoren im Wärmespeicher) des Wärmespeichers vorliegt. Eine weitere beispielhafte Freigabebedingung des Wärmespeichers kann sein, dass eine Speichertemperatur oder mindestens zwei im Wärmespeicher gemessene Speichertemperaturen unter einem parametrierbarer Schwellwert liegen müssen.Release conditions can also be defined for the first heat sink, which must be met so that switching to the first state is permitted. A first release condition can be that there is no error in the sensors (e.g. temperature sensors in the heat storage) of the heat storage. A further exemplary release condition of the heat storage can be that a storage temperature or at least two storage temperatures measured in the heat storage must be below a parameterizable threshold value.

Vorzugsweise schaltet die Regeleinrichtung das Umschaltventil in Abhängigkeit mindestens einer gemessenen Isttemperatur im Wärmespeicher (Speichertemperaturen) und/oder in Abhängigkeit einer Solltemperatur im Wärmespeicher. Liegt beispielsweise die Isttemperatur im Wärmespeicher unter der Solltemperatur, so kann die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den ersten Zustand schalten, um den Wärmespeicher mit Wärme aus der Brennstoffzelle zu versorgen. Ist die Solltemperatur erreicht oder wird im Wärmespeicher eine Isttemperatur über der Solltemperatur ermittelt, kann die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den zweiten Zustand schalten, um den Heizkreis mit Wärme aus der Brennstoffzelle zu versorgen. Insbesondere kann die Steuerung des Umschaltventils in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen Isttemperatur und Solltemperatur erfolgen.Preferably, the control device switches the switching valve depending on at least one measured actual temperature in the heat storage (storage temperatures) and/or depending on a target temperature in the heat storage. For example, if the actual temperature in the heat storage is below the target temperature, the control device can switch the switching valve to the first state in order to supply the heat storage with heat from the fuel cell. If the target temperature is reached or if an actual temperature above the target temperature is determined in the heat storage, the control device can switch the changeover valve to the second state in order to supply the heating circuit with heat from the fuel cell. In particular, the switching valve can be controlled depending on a deviation between the actual temperature and the target temperature.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung schaltet die Regeleinrichtung das Umschaltventil in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur im Sekundärkreis und/oder in Abhängigkeit einer vorgegebenen Solltemperatur im Vorlauf (Vorlaufsolltemperatur) des Sekundärkreises. Liegt beispielsweise die Isttemperatur im Vorlauf des Sekundärkreises unter der vorgegebenen Solltemperatur, so kann die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den zweiten Zustand schalten, um den Heizkreis mit Wärme aus der Brennstoffzelle zu versorgen. Ist die Vorlaufsolltemperatur erreicht oder wird im Vorlauf des Heizkreises eine Isttemperatur über der Vorlaufsolltemperatur ermittelt, kann die Regeleinrichtung das Umschaltventil in den ersten Zustand schalten, um den Wärmespeicher mit Wärme aus der Brennstoffzelle zu versorgen.According to a preferred embodiment, the control device switches the switching valve depending on the measured flow temperature in the secondary circuit and/or depending on a predetermined target temperature in the flow (target flow temperature) of the secondary circuit. For example, if the actual temperature in the flow of the secondary circuit is below the specified target temperature, the control device can switch the changeover valve to the second state in order to supply the heating circuit with heat from the fuel cell. If the target flow temperature is reached or if an actual temperature above the target flow temperature is determined in the flow of the heating circuit, the control device can switch the changeover valve to the first state in order to supply the heat storage with heat from the fuel cell.

In einer bevorzugten Ausführung kann das Heizungssystem einen zweiten Wärmeerzeuger zum Erzeugen und Abgeben von Wärme an das erste fluide Wärmeträgermedium im Primärkreis aufweisen. Der zweite Wärmeerzeuger kann ein beliebiger Wärmeerzeuger sein, insbesondere ein Gaskessel, ein Ölkessel, ein Brennwertkessel, ein Biomassekessel, eine Wärmepumpe, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) oder ein sonstiger Wärmeerzeuger zum Erhitzen des ersten fluiden Wärmeträgermediums.In a preferred embodiment, the heating system can have a second heat generator for generating and releasing heat to the first fluid heat transfer medium in the primary circuit. The second heat generator can be any heat generator, in particular a gas boiler, an oil boiler, a condensing boiler, a biomass boiler, a heat pump, a combined heat and power plant (CHP) or another heat generator ger for heating the first fluid heat transfer medium.

Im Folgenden kann dieser zweite Wärmeerzeuger auch als „Spitzenlastkessel“ bezeichnet, wobei diese Bezeichnung nicht als einschränkend für die Art und/oder Funktionsweise des zweiten Wärmeerzeugers zu verstehen ist. Der Spitzenlastkessel kann aber insbesondere dann in Betrieb genommen werden, wenn die von der Brennstoffzelle erzeugte Wärme nicht ausreicht, um eine Solltemperatur zu erreichen.In the following, this second heat generator can also be referred to as a “peak load boiler”, although this term is not to be understood as limiting the type and/or functionality of the second heat generator. However, the peak load boiler can be put into operation in particular if the heat generated by the fuel cell is not sufficient to reach a target temperature.

Die Regeleinrichtung kann den zweiten Wärmeerzeuger in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur und/oder der Solltemperatur im Wärmespeicher steuern und/oder in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur im Sekundärkreis und/oder der Solltemperatur im Vorlauf des Sekundärkreises steuern und/oder regeln.The control device can control and/or regulate the second heat generator depending on the measured actual temperature and/or the target temperature in the heat storage and/or depending on the measured flow temperature in the secondary circuit and/or the target temperature in the flow of the secondary circuit.

In einer bevorzugten Ausführung kann das Heizungssystem eine kommunikativ mit der Regeleinrichtung verbundene Datenverarbeitungsvorrichtung mit einer Speichereinrichtung zum Speichern von Daten und einer Recheneinrichtung zum Verarbeiten von Daten aufweisen. Für die Übertragung von Daten über ein Netzwerk können die Recheneinrichtung, die Speichereinrichtung und die Rechenrichtung jeweils geeignete Netzwerkschnittstellen aufweisen.In a preferred embodiment, the heating system can have a data processing device that is communicatively connected to the control device and has a storage device for storing data and a computing device for processing data. For the transmission of data over a network, the computing device, the storage device and the computing direction can each have suitable network interfaces.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann lokal, beispielsweise im selben Gebäude wie das Heizungssystem, oder geographisch entfernt angeordnet sein. Insbesondere kann es sich bei der Datenverarbeitungsvorrichtung bzw. bei der Recheneinrichtung um ein über das Internet oder ein sonstiges Netzwerk (z.B. ein „Local Area Network“, LAN oder ein „Wide Area Network“, WAN) mit der Regeleinrichtung verbundenen Server, ein Rechencluster oder dergleichen handeln. The data processing device can be located locally, for example in the same building as the heating system, or geographically distant. In particular, the data processing device or the computing device can be a server, a computing cluster or act like that.

Die Speichereinrichtung kann ein lokaler Speicher der Datenverarbeitungsvorrichtung sein. Zusätzlich oder stattdessen kann die Speichereinrichtung beispielsweise als Cloudspeicher und/oder Netzwerkspeicher implementiert sein. Der Cloudspeicher und/oder Netzwerkspeicher kann über das Internet und/oder das sonstiges Netzwerk kommunikativ mit der Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere mit der Recheneinrichtung, und der Regeleinrichtung des Heizungssystems oder mehreren Regeleinrichtungen einer Vielzahl von Heizungssystemen verbunden sein. Der Datenaustausch zwischen Regeleinrichtung und Datenverarbeitungsvorrichtung (Recheneinrichtung und Speichereinrichtung) kann entsprechend über das jeweilige Netzwerk erfolgen. Hierzu weisen die einzelnen Komponenten entsprechende Schnittstellen auf.The storage device can be a local memory of the data processing device. Additionally or instead, the storage device can be implemented, for example, as cloud storage and/or network storage. The cloud storage and/or network storage can be communicatively connected to the data processing device, in particular to the computing device, and the control device of the heating system or several control devices of a plurality of heating systems via the Internet and/or the other network. The data exchange between the control device and the data processing device (computing device and storage device) can take place via the respective network. For this purpose, the individual components have corresponding interfaces.

Der Vorteil einer über das Internet angebundenen Datenverarbeitungsvorrichtung ist, dass Daten einer Vielzahl von Heizungssystemen, die sich geographischer entfernt voneinander (z.B. in unterschiedlichen Gebäuden) befinden können, empfangen, gespeichert und verarbeitet werden können. Hierbei kann es sich um eine Vielzahl ähnlicher oder verschiedener Heizungssystemen mit baugleichen, ähnlichen oder verschiedenen Wärmetauschern handeln. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, Daten einer Vielzahl baugleicher oder bauähnlicher Heizungssystemen auszuwerten, die insbesondere baugleiche oder einander ähnliche Wärmetauscher aufweisen, um für eine bestimmte Bauart von Wärmetauscher eine spezifische statistische Auswertung empfangener und gespeicherter Temperaturmesswerte durchzuführen.The advantage of a data processing device connected via the Internet is that data from a large number of heating systems that may be geographically distant from each other (e.g. in different buildings) can be received, stored and processed. This can involve a variety of similar or different heating systems with identical, similar or different heat exchangers. In particular, it can be advantageous to evaluate data from a large number of identical or similar heating systems, which in particular have identical or similar heat exchangers, in order to carry out a specific statistical evaluation of received and stored temperature measurements for a specific type of heat exchanger.

Ein weiterer Vorteil der über das Netzwerk angebundenen Datenverarbeitungsvorrichtung ist, dass eine zentrale Auswertung der Daten vom Heizungssystem durchgeführt werden kann, unabhängig davon, wie viele Heizungssysteme mit der Datenverarbeitungsvorrichtung verbunden sind. Dabei können insbesondere auch Algorithmen des maschinellen Lernens verwendet werden.Another advantage of the data processing device connected via the network is that a central evaluation of the data from the heating system can be carried out, regardless of how many heating systems are connected to the data processing device. In particular, machine learning algorithms can also be used.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Regeleinrichtung konfiguriert sein, regelmäßig eine Vielzahl von Messwerten, wobei es sich insbesondere um Temperaturmesswerte handelt, an die Datenverarbeitungsvorrichtung zu übertragen. Zusätzlich können auch Massenströme bzw. Volumenströme des ersten und/oder zweiten Wärmeträgermediums im Primärkreis und/oder im Sekundärkreis gemessen und/oder übertragen werden. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise mehrmals pro Sekunde, mehrmals pro Minute, mehrmals pro Stunde oder mehrmals am Tag, jeweils eine Vielzahl von Messwerten über den Betriebszustand des Heizungssystems an die Datenverarbeitungsvorrichtung übertragen. Somit kann eine Vielzahl von Messwerten erzeugt werden und ein zeitlicher Verlauf des Betriebszustands des Heizungssystems kann anhand der Messwerte überwacht und/oder ausgewertet werden.In a preferred embodiment, the control device can be configured to regularly transmit a large number of measured values, which are in particular temperature measured values, to the data processing device. In addition, mass flows or volume flows of the first and/or second heat transfer medium can also be measured and/or transmitted in the primary circuit and/or in the secondary circuit. The control device can, for example, transmit a large number of measured values about the operating state of the heating system to the data processing device several times per second, several times per minute, several times per hour or several times per day. A large number of measured values can thus be generated and a time course of the operating state of the heating system can be monitored and/or evaluated based on the measured values.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Regeleinrichtung konfiguriert sein, Regelparameter zum Regeln des mindestens einen Wärmeerzeugers von der Datenverarbeitungsvorrichtung zu empfangen. Die empfangen Regelparameter können dann lokal von der Regeleinrichtung gespeichert und zum weiteren Regeln und/oder Steuern der Brennstoffzelle, des zweiten Wärmeerzeugers und/oder des Umschaltventils verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Regeleinrichtung auch auf lokal gespeicherte Regelparameter zurückgreifen, zum Beispiel wenn eine Kommunikation mit der Datenverarbeitungsvorrichtung (temporär) nicht möglich ist. Die lokal von der Regeleinrichtung gespeicherten Regelparameter können die letzten von der Datenverarbeitungsvorrichtung übertragenen Regelparameter sein und/oder es können jeweils Regelparameter für einen Normalbetrieb und/oder einen Notbetrieb in der Regeleinrichtung hinterlegt sein.According to a preferred embodiment, the control device can be configured to receive control parameters for controlling the at least one heat generator from the data processing device. The control parameters received can then be stored locally by the control device and used to further regulate and/or control the fuel cell, the second heat generator and/or the switching valve. Additionally or alternatively, the Control device can also use locally stored control parameters, for example if communication with the data processing device is (temporarily) not possible. The control parameters stored locally by the control device can be the last control parameters transmitted by the data processing device and/or control parameters for normal operation and/or emergency operation can be stored in the control device.

Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann konfiguriert sein, die von der Regeleinrichtung empfangenen Messwerte in der Speichereinrichtung bzw. im Cloudspeicher zu speichern. Somit können die empfangen Messwerte jederzeit für eine Weiterverarbeitung durch die Recheneinrichtung bereitgestellt werden.The data processing device can be configured to store the measured values received from the control device in the storage device or in the cloud storage. The received measured values can therefore be made available at any time for further processing by the computing device.

Die Recheneinrichtung der Datenverarbeitungsvorrichtung kann konfiguriert sein, in Abhängigkeit der gespeicherten Messwerte einen Wärmeübertragungskoeffizienten des Wärmetauschers zu berechnen. Der Wärmeübertragungskoeffizient kann auf verschiedene Weise aus den Messwerten abgeleitet werden. Je höher der Wärmeübertragungskoeffizient des Wärmetauschers ist, desto mehr Wärme kann der Wärmetauscher vom Primärkreis auf den Sekundärkreis übertragen.The computing device of the data processing device can be configured to calculate a heat transfer coefficient of the heat exchanger depending on the stored measured values. The heat transfer coefficient can be derived from the measured values in various ways. The higher the heat transfer coefficient of the heat exchanger, the more heat the heat exchanger can transfer from the primary circuit to the secondary circuit.

Beispielsweise wird ein Wärmeübertragungskoeffizient des Wärmetauschers mit steigendem Verschmutzungsgrad kleiner. Der Wärmeübertragungskoeffizient quantifiziert das Vermögen des Wärmetauschers, Wärme vom Wärmeträgermedium des Primärkreises auf das Wärmeträgermedium des Sekundärkreises zu übertragen.For example, a heat transfer coefficient of the heat exchanger becomes smaller as the degree of contamination increases. The heat transfer coefficient quantifies the ability of the heat exchanger to transfer heat from the heat transfer medium of the primary circuit to the heat transfer medium of the secondary circuit.

Ferner kann das Heizungssystem mit einer Warmwasserleitung zum Bereitstellen von warmem Trinkwasser (Brauchwasser) verbunden sein. Über einen separaten Vorlauf für Trinkwasser kann erhitztes Wasser an den offenen Trinkwasserkreislauf bereitgestellt werden. Als weiterer Betriebsparameter bzw. Regelparamater kann somit auch eine Trinkwasservorlauftemperatur von der Regeleinrichtung verwendet werden.Furthermore, the heating system can be connected to a hot water pipe to provide warm drinking water (service water). Heated water can be supplied to the open drinking water circuit via a separate supply for drinking water. A drinking water flow temperature can also be used by the control device as a further operating parameter or control parameter.

Der Spitzenlastkessel kann beispielsweise ein Gas-Brennwertkessel oder dergleichen sein, der insbesondere dann zugeschaltet werden kann, wenn die von der Brennstoffzelle abgegebene Wärme nicht ausreicht, um eine Vorlaufsolltemperatur oder eine Speichersolltemperatur zu erreichen. Dies kann insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen der Fall sein, wenn eine hohe Heizleistung benötigt wird, um eine Raumsolltemperatur aufrechtzuerhalten. Ferner kann der Spitzenlastkessel bei einem hohen Verbrauch von Warmwasser zugeschaltet werden. Der Spitzenlastkessel kann insbesondere Witterungsgeführt betrieben werden. Hierbei kann die Vorlaufsolltemperatur des Spitzenlastkessels anhand einer Kennlinie bestimmt werden.The peak load boiler can be, for example, a gas condensing boiler or the like, which can be switched on in particular when the heat given off by the fuel cell is not sufficient to achieve a target flow temperature or a target storage temperature. This can be particularly the case at low outside temperatures when a high heating output is required to maintain a target room temperature. Furthermore, the peak load boiler can be switched on when hot water consumption is high. The peak load boiler can be operated in particular in a weather-compensated manner. The target flow temperature of the peak load boiler can be determined using a characteristic curve.

Der Wärmespeicher kann beispielsweise ein Pufferspeicher sein, der Wärme speichert, indem er mit dem erhitztem Wärmeträgermedium beladen wird. Prinzipiell kann ein Pufferspeicher zwischenzeitlich nicht benötigte Wärme für einen späteren bedarfsgerechten Verbrauch speichern. Heizwasser- bzw. Heißwasser-Pufferspeicher können überwiegend dort zum Einsatz kommen, wo Wärme nicht permanent im gleichen Umfang benötigt wird. Spitzenzeiten für Heizwärme bzw. Warmwasser in einem durchschnittlichen Haushalt sind insbesondere die Morgen- und Abendstunden. Ein Pufferspeicher kann zudem das Takten (Ein- und Ausschalten) von Wärmeerzeugern reduzieren. Er kann somit dazu beitragen, dass die Brennstoffzelle mit einer hohe Laufzeit und einer geringen Anzahl von Schaltvorgängen betrieben werden kann. Insbesondere handelt es sich beim Wärmespeicher um einen bivalenten Trinkwasserspeicher.The heat storage can, for example, be a buffer storage that stores heat by being loaded with the heated heat transfer medium. In principle, a buffer storage can store heat that is not needed in the meantime for later consumption as needed. Heating water or hot water buffer tanks can mainly be used where heat is not constantly required to the same extent. Peak times for heating or hot water in an average household are particularly the morning and evening hours. A buffer storage can also reduce the cycling (switching on and off) of heat generators. It can therefore help ensure that the fuel cell can be operated with a long runtime and a low number of switching operations. In particular, the heat storage is a bivalent drinking water storage.

Die Regeleinrichtung überwacht und regelt bzw. steuert den Betrieb des Heizungssystems. Zum Überwachen des Betriebs kann die Regeleinrichtung insbesondere eine Vielzahl von Messwerten bzw. Sensorsignalen, insbesondere Temperaturmesswerten erfassen, beispielsweise im Vorlauf des Primärkreises, im Vorlauf des Sekundärkreises, im Rücklauf des Primärkreises, im Rücklauf des Sekundärkreises, an einer oder mehreren Stellen im Pufferspeicher, in den beheizten Räumen des Gebäudes sowie eine Außentemperatur einer Umgebung des Gebäudes. Hierzu kann das Heizungssystem eine Vielzahl von Temperatursensoren aufweisen bzw. entsprechende Messwerte von externen Temperatursensoren oder einem Server empfangen.The control device monitors and regulates or controls the operation of the heating system. To monitor operation, the control device can in particular record a large number of measured values or sensor signals, in particular temperature measured values, for example in the flow of the primary circuit, in the flow of the secondary circuit, in the return of the primary circuit, in the return of the secondary circuit, at one or more locations in the buffer memory, in the heated rooms of the building as well as an outside temperature of an area surrounding the building. For this purpose, the heating system can have a large number of temperature sensors or receive corresponding measured values from external temperature sensors or a server.

Zusätzlich zu den Temperaturen im Heizkreis (bzw. Warmwasservorlauf) kann auch ein Volumenstrom (bzw. Massenstrom) des Wärmeträgermediums an einer oder mehreren Stellen, beispielsweise im Vorlauf und/oder im Rücklauf des Heizkreises und/oder im Vorlauf der Warmwasserleitung, erfasst werden, beispielsweise durch einen oder mehrere Flusssensoren.In addition to the temperatures in the heating circuit (or hot water flow), a volume flow (or mass flow) of the heat transfer medium can also be recorded at one or more points, for example in the flow and / or in the return of the heating circuit and / or in the flow of the hot water pipe, for example through one or more flow sensors.

Ferner kann die Regeleinrichtung eine Vielzahl von Betriebsparametern des Spitzenlastkessels und der Brennstoffzelle überwachen. Hierzu gehören insbesondere deren Betriebszustände (Ein/Aus), Ein- bzw. Ausschaltvorgänge und jeweilige Zeitpunkte, Heizleistungen und ein von der Brennstoffzelle abgegebener Strom. Zusätzlich können jeweilige Grenzwerte als Betriebsparameter erfasst werden.Furthermore, the control device can monitor a variety of operating parameters of the peak load boiler and the fuel cell. This includes, in particular, their operating states (on/off), switching on and off processes and respective times, heating outputs and the electricity emitted by the fuel cell. In addition, respective limit values can be recorded as operating parameters.

Insbesondere kann die Regeleinrichtung mindestens einen Betriebsparameter aus der folgenden Liste überwachen: eine Außentemperatur des Gebäudes, eine Vorlauftemperatur Primärkeis, eine Vorlauftemperatur im Sekundärkreis, eine Vorlaufsolltemperatur, eine Rücklauftemperatur im Primärkreis, eine Rücklauftemperatur im Sekundärkreis, eine Rücklaufsolltemperatur, eine Temperatur im Pufferspeicher, eine Temperaturverteilung im Pufferspeicher, ein Volumenstrom des Wärmeträgermediums im Vorlauf und/oder im Rücklauf des Sekundärkreises, ein Betriebszustand einer Zirkulationspumpe im Heizungssystem. Der Betriebszustand der Zirkulationspumpe gibt insbesondere an, ob die Zirkulationspumpe ein oder ausgeschaltet ist. Ferner kann der Betriebszustand der Zirkulationspumpe eine Drehzahl der Zirkulationspumpe angeben.In particular, the control device can monitor at least one operating parameter from the following list: an outside temperature of the building, a primary circuit flow temperature, a flow temperature in the secondary circuit, a target flow temperature, a return temperature in the primary circuit, a return temperature in the secondary circuit, a target return temperature, a temperature in the buffer storage, a temperature distribution in the buffer storage, a volume flow of the heat transfer medium in the flow and/or in the return of the secondary circuit, an operating state of a circulation pump in the heating system. The operating state of the circulation pump indicates in particular whether the circulation pump is switched on or off. Furthermore, the operating state of the circulation pump can indicate a speed of the circulation pump.

Die Außentemperatur in der Umgebung des Gebäudes kann beispielsweise über einen oder mehrere in der Umgebung des Gebäudes angeordnete Außentemperatursensor(en) erfasst werden, der (die) ein entsprechendes Sensorsignal an die Regeleinrichtung ausgibt (ausgeben). Die Vorlauftemperatur des Wärmeträgermediums kann beispielsweise über einen oder mehrere im Vorlauf angeordnete Temperatursensor(en) erfasst werden, der/die ein entsprechendes Sensorsignal an die Regeleinrichtung ausgibt/ausgeben.The outside temperature in the area surrounding the building can be detected, for example, via one or more outside temperature sensor(s) arranged in the area around the building, which output(s) a corresponding sensor signal to the control device. The flow temperature of the heat transfer medium can be detected, for example, via one or more temperature sensors arranged in the flow, which outputs a corresponding sensor signal to the control device.

Gleiches gilt entsprechend für die Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums. Die Solltemperaturen für Vorlauf und Rücklauf können auch als Regelparameter verwendet werden. Die Temperatur im Pufferspeicher kann an mehreren Stellen im Pufferspeicher mittels Temperatursensoren erfasst werden. Aus mehreren im Pufferspeicher gemessenen Temperaturen kann eine Temperaturverteilung im Pufferspeicher bestimmt werden. Entsprechend den Temperaturen des Wärmeträgermediums können auch ein Volumenstrom bzw. Massenstrom im Vorlauf und/oder im Rücklauf des Sekundärkreises mittels geeigneter Flusssensoren erfasst werden. Eine Zirkulationspumpe kann jeweils im Heizkreis und/oder im offenen Warmwasserkreislauf angeordnet sein.The same applies to the return temperature of the heat transfer medium. The target temperatures for flow and return can also be used as control parameters. The temperature in the buffer storage can be recorded at several points in the buffer storage using temperature sensors. A temperature distribution in the buffer storage can be determined from several temperatures measured in the buffer storage. Depending on the temperatures of the heat transfer medium, a volume flow or mass flow in the flow and/or return of the secondary circuit can also be recorded using suitable flow sensors. A circulation pump can be arranged in the heating circuit and/or in the open hot water circuit.

Alle erfassten Messwerte, Grenzwerte und Parameter werden in der Regel zusammen mit einer entsprechenden Uhrzeit und einem Datum erfasst und abgespeichert, so dass die weitere Verarbeitung auch in Abhängigkeit der Zeit und/oder des Datums bzw. der Jahreszeit erfolgen kann.All recorded measured values, limit values and parameters are usually recorded and saved together with a corresponding time and date, so that further processing can also take place depending on the time and/or the date or the season.

Zusätzlich kann das Heizungssystem einen Wechselrichter (Inverter) aufweisen, um den von der Brennstoffzelle abgegebenen Gleichstrom in einen nutzbaren Wechselstrom umzuwandeln.In addition, the heating system can have an inverter to convert the direct current emitted by the fuel cell into usable alternating current.

Die Regeleinrichtung kann über eine geeignete Schnittstelle kommunikativ mit einem Netzwerk verbunden sein. Über das Netzwerk kann die Regeleinrichtungeine Vielzahl von Daten senden bzw. empfangen. Ferner können ein zentraler Server und/oder eine Cloud und ein (insbesondere mobiles) Endgerät eines Benutzers des Heizungssystems bzw. eines Bewohners der Gebäudes ebenfalls über geeignete Schnittstellen kommunikativ mit dem Netzwerk verbunden sein, so dass die Regeleinrichtung, der Server und das Endgerät jeweils Daten senden und empfangen können. Das Netzwerk kann beispielsweise das Internet sein. Die Schnittstelle der Regeleinrichtung kann entsprechend ein Internet-Gateway sein.The control device can be communicatively connected to a network via a suitable interface. The control device can send or receive a variety of data via the network. Furthermore, a central server and/or a cloud and a (particularly mobile) terminal device of a user of the heating system or a resident of the building can also be communicatively connected to the network via suitable interfaces, so that the control device, the server and the terminal device each receive data can send and receive. The network can be, for example, the Internet. The interface of the control device can accordingly be an Internet gateway.

Das (mobile) Endgerät des Benutzers kann insbesondere ein Smartphone, Laptop, Tablet-Computer oder ein sonstiges internetfähiges Gerät mit einem Display und einer Eingabeeinrichtung (z.B. Touch-Screen und/oder Tastatur und/oder Trackpad und/oder Maus) sein, auf dem eine Anwendung (App) ausgeführt wird, die als Mensch-Maschine-Schnittstelle dient und dem Benutzer erlaubt, Betriebsparameter des Heizungssystems einzusehen und/oder zu verändern bzw. Algorithmen zum Steuern oder Regeln des Heizungssystems auszuführen.The user's (mobile) end device can in particular be a smartphone, laptop, tablet computer or another internet-enabled device with a display and an input device (e.g. touch screen and/or keyboard and/or trackpad and/or mouse) on which an application (app) is executed that serves as a human-machine interface and allows the user to view and/or change operating parameters of the heating system or to execute algorithms for controlling or regulating the heating system.

Der Server und/oder die Cloud können jeweils über die Schnittstelle eine Vielzahl von Betriebsparametern des Heizungssystems sowie Temperaturmesswerte empfangen. Entsprechend kann die Regeleinrichtung Parameter zum Steuern oder Regeln des Heizungssystems vom Server bzw. der Cloud empfangen, insbesondere eine Heizkurve oder Sollwerte, insbesondere für Temperaturen im Vorlauf des Sekundärkreises, Rücklauf des Sekundärkreises und/oder Pufferspeicher.The server and/or the cloud can each receive a variety of operating parameters of the heating system as well as temperature measurements via the interface. Accordingly, the control device can receive parameters for controlling or regulating the heating system from the server or the cloud, in particular a heating curve or setpoints, in particular for temperatures in the flow of the secondary circuit, return of the secondary circuit and / or buffer storage.

In einem Schritt des Verfahrens wird eine graphische Benutzeroberfläche auf dem Endgerät des Benutzers als Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Eingeben und/oder Ausgeben von Informationen angezeigt. Hierzu kann insbesondere eine dezidierte Anwendung („App“) auf dem Endgerät ausgeführt werden. Alternativ kann die Anwendung auch über einen Internetbrowser oder dergleichen ausgeführt werden. Die Anwendung gibt insbesondere Informationen über einen Betriebszustand des Heizungssystems oder Handlungsanweisungen an den Benutzer aus und kann eingegebene Daten vom Benutzer empfangen und beispielsweise an den Server übertragen.In one step of the method, a graphical user interface is displayed on the user's terminal as a human-machine interface for inputting and/or outputting information. For this purpose, in particular, a dedicated application (“app”) can be run on the end device. Alternatively, the application can also be executed via an Internet browser or the like. In particular, the application outputs information about an operating status of the heating system or instructions to the user and can receive entered data from the user and, for example, transmit it to the server.

Beispielsweise kann die Anwendung Betriebsparameter der Brennstoffzelle, wie z.B. eine Laufzeit und/oder eine Anzahl von Schaltvorgängen und/oder eine erzeugte elektrische Energie bzw. Strom der Brennstoffzelle anzeigen. Die Anwendung kann somit als Front-End für ein Programm (Algorithmus bzw. Verfahren) dienen, das z.B. als Back-End auf dem Server oder von der Regeleinrichtung ausgeführt wird.For example, the application can display operating parameters of the fuel cell, such as a running time and/or a number of switching operations and/or a generated electrical energy or current of the fuel cell. The application can therefore serve as a front-end for a program (algorithm or method), which is executed, for example, as a back-end on the server or by the control device.

Die Regeleinrichtung regelt insbesondere einen Betriebszustand der Brennstoffzelle und des Spitzenlastkessels. Die Regeleinrichtung kann die Brennstoffzelle und den Spitzenlastkessel insbesondere so regeln, dass die Brennstoffzelle möglichst selten an- bzw. ausgeschaltet wird, so dass die Laufzeit der Brennstoffzelle möglichst hoch ist. Die Regeleinrichtung kann hierbei zum Beispiel auch ein Nutzerverhalten berücksichtigen. Hierzu kann die Regeleinrichtung die Betriebsparameter zusammen mit entsprechenden Zeitpunkten erfassen und an den Server übertragen, wo eine Auswertung durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann der Server eine statistische Auswertung einer Vielzahl von Daten durchführen. Insbesondere kann auch eine Vielzahl ähnlicher oder baugleicher Heizsystem in verschiedenen Gebäuden ausgewertet werden. Bei der Auswertung kann auch maschinelles Lernen eingesetzt werden, um beispielsweise ein Nutzerverhalten zu erkennen.The control device regulates in particular an operating state of the fuel cell and the peak load boiler. The control device can regulate the fuel cell and the peak load boiler in particular so that the fuel cell is switched on and off as rarely as possible, so that the running time of the fuel cell is as long as possible. The control device can also take user behavior into account, for example. For this purpose, the control device can record the operating parameters together with corresponding times and transmit them to the server, where an evaluation can be carried out. For example, the server can carry out a statistical analysis of a large number of data. In particular, a large number of similar or identical heating systems in different buildings can be evaluated. Machine learning can also be used in the evaluation, for example to recognize user behavior.

Hierin beschriebene Funktionen und Vorgänge, die von der Regeleinrichtung ausgeführt werden, können insbesondere ganz oder teilweise durch den Server und/oder die Cloud durchgeführt werden.Functions and processes described herein that are carried out by the control device can in particular be carried out in whole or in part by the server and/or the cloud.

Ein erfindungsgemäßes Heizungssystem ist vorzugsweise dazu konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.A heating system according to the invention is preferably configured to carry out a method according to the invention.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels, auf welches die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben.Further advantageous embodiments are described in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings, to which the invention is, however, not limited.

Es zeigen schematisch:

  • 1 1 illustriert ein Heizungssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 2 illustriert ein Heizungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
It shows schematically:
  • 1 1 illustrates a heating system according to a first embodiment of the invention.
  • 2 2 illustrates a heating system according to a second embodiment of the invention.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION USING EXAMPLES OF EMBODIMENTS

Bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.In the following description of a preferred embodiment of the present invention, the same reference numerals designate the same or comparable components.

1 zeigt eine vereinfachte schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Heizungssystems 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Heizungssystem 1 ist in einem Gebäude G angeordnet und umfasst einen Primärkreis und einen Sekundärkreis, in denen jeweils ein fluides Wärmeträgermedium, z.B. Wasser, zirkuliert. Die hydraulischen Leitungen des Primärkreises werden vereinfacht mit durchgezogenen Pfeilen angedeutet. Die hydraulischen Leitungen des Sekundärkreises werden vereinfacht mit gepunkteten Pfeilen angedeutet. Die vorliegende Darstellung der hydraulischen Leitungen ist beispielhaft zu verstehen und kann in anderen Ausführungen in zweckdienlicher Weise je nach Bedarf und Auslegung des Heizungssystems 1 angepasst werden. 1 shows a simplified schematic drawing of a heating system 1 according to the invention according to a first exemplary embodiment of the invention. The heating system 1 is arranged in a building G and comprises a primary circuit and a secondary circuit, in each of which a fluid heat transfer medium, for example water, circulates. The hydraulic lines of the primary circuit are indicated in simplified form with solid arrows. The hydraulic lines of the secondary circuit are shown in simplified form with dotted arrows. The present representation of the hydraulic lines is to be understood as an example and can be adapted in other versions in an expedient manner depending on the needs and design of the heating system 1.

Der Primärkreis weist einen Vorlauf VP und einem Rücklauf RP auf, die über einen Wärmetauscher 7 mit einem Vorlauf VS und Rücklauf RS des Sekundärkreises gekoppelt sind. Der Sekundärkreis ist hier ein Heizkreis zum Heizen des Gebäudes G.The primary circuit has a flow VP and a return RP, which are coupled via a heat exchanger 7 to a flow VS and return RS of the secondary circuit. The secondary circuit here is a heating circuit for heating building G.

Das Heizungssystem 1 umfasst im Primärkreis (Erzeugerkreis) eine Brennstoffzelle 2, einen Spitzenlastkessel 3 als zweiten Wärmeerzeuger und einen Pufferspeicher. Die Brennstoffzelle 2 erzeugt elektrischen Strom und gibt dabei erzeugte Wärme an das fluide Wärmeträgermedium ab. Der Spitzenlastkessel 3 erzeugt ebenfalls Wärme und gibt diese ans Wärmeträgermedium ab. Der Pufferspeicher dient als erste Wärmesenke 4 und kann mit dem erhitztem Wärmeträgermedium beladen werden, um Wärme zu speichern.The heating system 1 includes a fuel cell 2 in the primary circuit (generation circuit), a peak load boiler 3 as a second heat generator and a buffer storage. The fuel cell 2 generates electrical power and releases the heat generated into the fluid heat transfer medium. The peak load boiler 3 also generates heat and transfers it to the heat transfer medium. The buffer storage serves as a first heat sink 4 and can be loaded with the heated heat transfer medium in order to store heat.

Das Heizungssystem 1 umfasst eine Regeleinrichtung 10, die Betriebsparameter des Heizungssystems 1 überwachen und speichern sowie das Heizungssystem 1 in Abhängigkeit von Regelparametern regeln kann. Signalleitungen zum Senden und/oder Empfangen von Messwerten und/oder Regelsignalen und/oder sonstigen Daten zwischen der Regeleinrichtung 10 und anderen Komponenten des Heizungssystems 1 werden durch dünne gepunktete Pfeile angedeutet.The heating system 1 includes a control device 10, which can monitor and store operating parameters of the heating system 1 and regulate the heating system 1 depending on control parameters. Signal lines for sending and/or receiving measured values and/or control signals and/or other data between the control device 10 and other components of the heating system 1 are indicated by thin dotted arrows.

Im hydraulischen Heizkreis können eine Vielzahl von Verbrauchern, zum Beispiel eine Vielzahl von Radiatoren und/oder eine Fußbodenheizung als zweite Wärmesenke 5 angeordnet sein. Über den Vorlauf VS des Sekundärkreises fließt heißes Wasser zu den Verbrauchern, die dem Wärmeträgermedium Wärme entnehmen und an die Räume des Gebäudes G abgeben. Über den Rücklauf RS des Sekundärkreises fließt das Wasser zurück zum Wärmetauscher 7. Im Vorlauf VS des Sekundärkreises und/oder im Rücklauf RS des Sekundärkreises können jeweils Temperatursensoren zum Messen einer Vorlauftemperatur bzw. einer Rücklauftemperatur und/oder Flusssensoren zum Messen eines Volumenstroms bzw. eines Massenstroms des Wärmeträgermediums angeordnet sein. In 1 ist nur der Rücklauftemperatursensor 8 im Rücklauf des Heizkreises dargestellt.A large number of consumers, for example a large number of radiators and/or underfloor heating, can be arranged as a second heat sink 5 in the hydraulic heating circuit. Hot water flows via the flow VS of the secondary circuit to the consumers, which take heat from the heat transfer medium and deliver it to the rooms in building G. The water flows back to the heat exchanger 7 via the return RS of the secondary circuit. In the flow VS of the secondary circuit and/or in the return RS of the secondary circuit, there can be temperature sensors for measuring a flow temperature or a return temperature and/or flow sensors for measuring a volume flow or a mass flow of the heat transfer medium. In 1 Only the return temperature sensor 8 is shown in the return of the heating circuit.

Die Regeleinrichtung 10 steuert ein Umschaltventil 9, das z.B. ein steuerbares Dreiwegeventil sein kann, und zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle 2 dem Pufferspeicher zugeführt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle 2 den Verbrauchern im Heizkreis zugeführt wird, dient.The control device 10 controls a switching valve 9, which can be a controllable three-way valve, for example, and for switching between a first state in which the heat of the fuel cell 2 is supplied to the buffer storage and a second state in which the heat of the fuel cell 2 is supplied to the consumers is supplied in the heating circuit.

Die Regeleinrichtung 10 ist über eine Schnittstelle (z.B. Gateway) mit einem Netzwerk 40 verbunden, um Daten mit einem Endgerät T eines Benutzers und/oder einem Server 20 und/oder einer Cloud 30 auszutauschen. Das Netzwerk 40 kann ein LAN, ein WAN, ein Intranet oder das Internet bzw. eine Kombination solcher Netzwerke sein.The control device 10 is connected to a network 40 via an interface (e.g. gateway) in order to exchange data with a user's terminal T and/or a server 20 and/or a cloud 30. The network 40 may be a LAN, a WAN, an intranet, or the Internet, or a combination of such networks.

Das Heizungssystem 1 kann ferner eine oder mehrere Pumpen (nicht dargestellt) aufweisen, um einen Volumenstrom im Primärkreis zu erzeugen. Ferner können eine oder mehrere Pumpen (nicht dargestellt) im Heizungssystem 1 vorgesehen sein, um einen Volumenstrom im Sekundärkreis zu erzeugen.The heating system 1 can also have one or more pumps (not shown) to generate a volume flow in the primary circuit. Furthermore, one or more pumps (not shown) can be provided in the heating system 1 in order to generate a volume flow in the secondary circuit.

Der Pufferspeicher und die Verbraucher im Heizkreis können unterschiedlich viel Wärme aufnehmen. Je nach Betriebszustand des Heizungssystems 1 kann somit die erste Wärmesenke 4 oder die zweite Wärmesenke 5 mehr Wärme aufnehmen.The buffer storage and the consumers in the heating circuit can absorb different amounts of heat. Depending on the operating state of the heating system 1, the first heat sink 4 or the second heat sink 5 can absorb more heat.

Der Rücklauftemperatursensor 8 dient zum Messen einer Rücklauftemperatur des Wärmeträgermediums, das in Richtung zur Brennstoffzelle 2 fließt. In 1 ist der Rücklauftemperatursensor 8 im Rücklauf RS des Sekundärkreises, in Strömungsrichtung kurz vor dem Wärmetauscher 7, abgeordnet.The return temperature sensor 8 is used to measure a return temperature of the heat transfer medium that flows towards the fuel cell 2. In 1 The return temperature sensor 8 is located in the return RS of the secondary circuit, just before the heat exchanger 7 in the flow direction.

Ein weiterer Temperatursensor kann beispielsweise in Strömungsrichtung des fluiden Wärmeträgermediums vor dem Wärmetauscher 7 im Vorlauf VP des Primärkreises angeordnet sein und eine Vorlauftemperatur des fluiden Wärmeträgermediums im Erzeugerkreis messen.A further temperature sensor can, for example, be arranged in the flow direction of the fluid heat transfer medium in front of the heat exchanger 7 in the flow VP of the primary circuit and measure a flow temperature of the fluid heat transfer medium in the generator circuit.

Zusätzlich zum Rücklauftemperatursensor 8 kann ein Vorlauftemperatursensor im Vorlauf VS des Heizkreises angeordnet sein und eine Vorlauftemperatur im Heizkreis messen. Anhand der Vorlauftemperatur des Heizkreises und der Vorlauftemperatur des Erzeugerkreises kann ein Wärmeübertrag und/oder ein Wärmeübertragungskoeffzienz des Wärmetauschers 7 berechnet werden.In addition to the return temperature sensor 8, a flow temperature sensor can be arranged in the flow VS of the heating circuit and measure a flow temperature in the heating circuit. Based on the flow temperature of the heating circuit and the flow temperature of the generator circuit, a heat transfer and/or a heat transfer coefficient of the heat exchanger 7 can be calculated.

Das Heizungssystem 1 umfasst außerdem einen außerhalb des Gebäudes G angeordneten Außentemperatursensor 6 zum Messen einer Außentemperatur des Gebäudes G. Die Außentemperatur wird insbesondere beim witterungsgeführten Betrieb des Heizungssystems 1 verwendet. Anhand der Außentemperatur wird eine Vorlaufsolltemperatur aus einer Heizkennlinie bestimmt.The heating system 1 also includes an outside temperature sensor 6 arranged outside the building G for measuring an outside temperature of the building G. The outside temperature is used in particular in the weather-controlled operation of the heating system 1. A target flow temperature is determined from a heating curve based on the outside temperature.

Die Regeleinrichtung 10 dient zum Regeln des Heizungssystems 1. Insbesondere steuert die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9, um in den ersten Zustand oder in den zweiten Zustand zu schalten.The control device 10 serves to control the heating system 1. In particular, the control device 10 controls the switching valve 9 in order to switch to the first state or to the second state.

Die Regeleinrichtung 10 ist drahtgebunden über geeignete Signalleitungen und/oder drahtlos mit der Brennstoffzelle 2, mit dem Umschaltventil 9 und den Temperatursensoren 6, 8 verbunden. Somit kann die Regeleinrichtung 10 unter anderem Messwerte empfangen und/oder Steuer- bzw. Regelsignale übertragen. Die Signalwege sind in 1 durch dünne gepunktete Pfeile angedeutet.The control device 10 is connected by wire via suitable signal lines and/or wirelessly to the fuel cell 2, to the switching valve 9 and to the temperature sensors 6, 8. Thus, the control device 10 can, among other things, receive measured values and/or transmit control or regulation signals. The signaling pathways are in 1 indicated by thin dotted arrows.

Die Regeleinrichtung 10 empfängt die vom Rücklauftemperatursensor 6 gemessene Rücklauftemperatur und vergleicht sie mit einem vorgegebenen Grenzwert. Falls die gemessene Rücklauftemperatur gleich groß wie oder größer als der Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in den ersten Zustand. Falls die gemessene Rücklauftemperatur kleiner als der Grenzwert ist, schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in den zweiten Zustand. Im ersten Zustand kann üblicherweise mehr Wärme aus dem Wärmeträgermedium abgeführt werden, so dass im ersten Zustand ein schnellerer und/oder größerer Abfall der Rücklauftemperatur erfolgen kann.The control device 10 receives the return temperature measured by the return temperature sensor 6 and compares it with a predetermined limit value. If the measured return temperature is equal to or greater than the limit value, the control device 10 switches the changeover valve 9 to the first state. If the measured return temperature is smaller than the limit value, the control device 10 switches the changeover valve 9 to the second state. In the first state, more heat can usually be removed from the heat transfer medium, so that a faster and/or larger drop in the return temperature can occur in the first state.

Der Grenzwert der Rücklauftemperatur dient im Wesentlichen dazu, die Brennstoffzelle 2 und insbesondere einen sogenannten Stack der Brennstoffzelle vor einer Beschädigung bzw. Überhitzung zu schützen. Ist die Rücklauftemperatur größer als eine Abschalttemperatur der Brennstoffzelle 2 von beispielsweise 50°C, schaltet die Brennstoffzelle 2 ab, um sich zu schützen. Das Abschalten erfolgt hier durch die Regeleinrichtung 10 des Heizungssystems 1.The limit value of the return temperature essentially serves to protect the fuel cell 2 and in particular a so-called stack of the fuel cell from damage or overheating. If the return temperature is greater than a switch-off temperature of the fuel cell 2 of, for example, 50 ° C, the fuel cell 2 switches off in order to protect itself. Switching off is done here by the control device 10 of the heating system 1.

Der Grenzwert wird so festgelegt, dass die Abschalttemperatur der Brennstoffzelle 2 auch dann nicht erreicht wird, wenn die Rücklauftemperatur den Grenzwert kurzzeitig erreicht bzw. für kurze Zeit leicht überschreitet. Hierzu wird der Grenzwert um einen Offset kleiner als die Abschalttemperatur der Brennstoffzelle 2 eingestellt. The limit value is set so that the switch-off temperature of the fuel cell 2 is not reached even if the return temperature briefly reaches the limit value or slightly exceeds it for a short time. For this purpose, the limit value is set by an offset smaller than the switch-off temperature of the fuel cell 2.

Außerdem wird der Grenzwert auch in Abhängigkeit eines Wärmeübertragungskoeffizienten des Wärmetauschers 7 und/oder in Abhängigkeit eines Massen- bzw. Volumenstroms im Rücklauf des Sekundärkreises bestimmt.In addition, the limit value also depends on a heat transfer coefficient th of the heat exchanger 7 and/or depending on a mass or volume flow in the return of the secondary circuit.

Im Vorlauf VS des Heizkreises ist ein in 1 nicht dargestellter Volumenstromsensor angeordnet, der einen Volumenstrom des Wärmeträgermediums im Heizkreis misst. Die Regeleinrichtung 10 bestimmt den Grenzwert dann in Abhängigkeit des gemessenen Volumenstroms und/oder in Abhängigkeit des Wärmeübertragungskoeffizienten des Wärmetauschers 7. Hierzu können beispielsweise entsprechende Kennlinien in der Regeleinrichtung 10 hinterlegt bzw. gespeichert sein. Alternativ kann die Regeleinrichtung 10 den Grenzwert über das Netzwerk 40 empfangen.There is an in in the flow VS of the heating circuit 1 Volume flow sensor, not shown, which measures a volume flow of the heat transfer medium in the heating circuit. The control device 10 then determines the limit value depending on the measured volume flow and/or depending on the heat transfer coefficient of the heat exchanger 7. For this purpose, for example, corresponding characteristic curves can be stored or stored in the control device 10. Alternatively, the control device 10 can receive the limit value via the network 40.

Die Regeleinrichtung 10 kann das Umschaltventil 9 in Abhängigkeit mindestens einer gemessenen Isttemperatur im Pufferspeicher und/oder in Abhängigkeit einer Solltemperatur im Pufferspeicher schalten. Liegt beispielsweise die Isttemperatur im Pufferspeicher unter der Solltemperatur, so schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in den ersten Zustand, um den Pufferspeicher mit Wärme aus der Brennstoffzelle 2 zu versorgen. Ist die Solltemperatur erreicht oder wird im Pufferspeicher eine Isttemperatur über der Solltemperatur gemessen, schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil in den zweiten Zustand, um den Heizkreis mit Wärme aus der Brennstoffzelle 2 zu versorgen.The control device 10 can switch the switching valve 9 depending on at least one measured actual temperature in the buffer storage and/or depending on a target temperature in the buffer storage. For example, if the actual temperature in the buffer storage is below the target temperature, the control device 10 switches the switching valve 9 to the first state in order to supply the buffer storage with heat from the fuel cell 2. If the target temperature is reached or if an actual temperature above the target temperature is measured in the buffer storage, the control device 10 switches the changeover valve to the second state in order to supply the heating circuit with heat from the fuel cell 2.

Außerdem kann die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur im Heizkreis und/oder in Abhängigkeit einer vorgegebenen Solltemperatur im Vorlauf VS (Vorlaufsolltemperatur) des Heizkreises steuern. Liegt die Isttemperatur im Vorlauf VS des Heizkreises unter der vorgegebenen Solltemperatur, so schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in den zweiten Zustand, um den Heizkreis mit Wärme aus der Brennstoffzelle 2 zu versorgen. Ist die Vorlaufsolltemperatur erreicht oder wird im Vorlauf VS des Heizkreises eine Isttemperatur über der Vorlaufsolltemperatur gemessen, schaltet die Regeleinrichtung 10 das Umschaltventil 9 in den ersten Zustand, um den Pufferspeicher mit Wärme aus der Brennstoffzelle 2 zu versorgen.In addition, the control device 10 can control the switching valve 9 depending on the measured flow temperature in the heating circuit and/or depending on a predetermined target temperature in the flow VS (target flow temperature) of the heating circuit. If the actual temperature in the flow VS of the heating circuit is below the specified target temperature, the control device 10 switches the changeover valve 9 to the second state in order to supply the heating circuit with heat from the fuel cell 2. If the target flow temperature is reached or if an actual temperature above the target flow temperature is measured in the flow VS of the heating circuit, the control device 10 switches the changeover valve 9 to the first state in order to supply the buffer storage with heat from the fuel cell 2.

Die Regeleinrichtung 10 regelt den Spitzenlastkessel 3 in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur und/oder der Solltemperatur im Pufferspeicher steuern und/oder in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur im Heizkreis und/oder der Solltemperatur im Vorlauf VS des Heizkreises.The control device 10 controls the peak load boiler 3 depending on the measured actual temperature and/or the target temperature in the buffer storage and/or depending on the measured flow temperature in the heating circuit and/or the target temperature in the flow VS of the heating circuit.

Vorzugsweise können der Server 20 bzw. die Cloud 30 über das Netzwerk 40 Daten einer Vielzahl verschiedener oder baugleicher (ähnlicher) Heizungssysteme 1 mit Brennstoffzelle 2 empfangen, speichern und auswerten. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Auswertung von Daten wie in 2a bis 2e erzeugt werden. Der Server 20 bzw. die Cloud 30 können insbesondere eine statistische Auswertung der Daten vornehmen und dabei auch Algorithmen verwenden, die durch maschinelles Lernen trainiert worden sind. Durch die Verwendung von künstlicher Intelligenz und großer Mengen von Daten einer Vielzahl von Systemen kann die Laufzeit von Brennstoffzellen weiter optimiert werden.Preferably, the server 20 or the cloud 30 can receive, store and evaluate data from a large number of different or identical (similar) heating systems 1 with fuel cells 2 via the network 40. In this way, for example, data can be evaluated as in 2a until 2e be generated. The server 20 or the cloud 30 can in particular carry out a statistical evaluation of the data and also use algorithms that have been trained by machine learning. By using artificial intelligence and large amounts of data from a variety of systems, the running time of fuel cells can be further optimized.

Der Server 20, die Cloud 30 und/oder das Endgerät T des Benutzers können Funktionen der Regeleinrichtung teilweise oder ganz übernehmen. Alle Verfahrensschritte, die in der vorliegenden Anmeldung als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben werden, können teilweise oder ganz von der Regeleinrichtung 10, vom Server 20, von der Cloud 30 und/oder vom Endgerät T ausgeführt werden. Insofern können der Server 20, die Cloud 30, das Netzwerk 40 und das Endgerät T als (geografisch entfernter aber funktionell zusammenhängender) Teil der Regeleinrichtung 10 verstanden werden.The server 20, the cloud 30 and/or the user's terminal T can partially or completely take over functions of the control device. All method steps that are described in the present application as part of the method according to the invention can be carried out partially or completely by the control device 10, by the server 20, by the cloud 30 and / or by the terminal T. In this respect, the server 20, the cloud 30, the network 40 and the terminal T can be understood as a (geographically distant but functionally related) part of the control device 10.

Die Regeleinrichtung 10 regelt das Heizungssystem 1 in Abhängigkeit von Regelparametern. Die Regelparameter können z.B. eine Heizkurve, eine Vorlaufsolltemperatur, eine Rücklaufsolltemperatur, eine Speichersolltemperatur usw. umfassen.The control device 10 controls the heating system 1 depending on control parameters. The control parameters can include, for example, a heating curve, a target flow temperature, a target return temperature, a target storage temperature, etc.

In einem Schritt des Verfahrens wird eine Vielzahl von Betriebsparametern des Heizungssystems 1 erfasst. Hierzu zählen insbesondere eine Außentemperatur des Gebäudes G, eine Vorlauftemperatur, eine Vorlaufsolltemperatur, eine Rücklauftemperatur, eine Rücklaufsolltemperatur, eine Temperatur im Pufferspeicher, eine Speichersolltemperatur, ein Volumenstrom des Wärmeträgermediums im Vorlauf und/oder im Rücklauf des Sekundärkreises und/oder eine Drehzahl einer Zirkulationspumpe im Heizungssystem 1. Somit können Regelparameter gleichzeitig auch als Betriebsparameter verstanden werden.In one step of the method, a large number of operating parameters of the heating system 1 are recorded. These include, in particular, an outside temperature of the building G, a flow temperature, a target flow temperature, a return temperature, a target return temperature, a temperature in the buffer storage, a target storage temperature, a volume flow of the heat transfer medium in the flow and / or in the return of the secondary circuit and / or a speed of a circulation pump in Heating system 1. This means that control parameters can also be understood as operating parameters at the same time.

Im Pufferspeicher kann eine Vielzahl von Temperaturen gemessen werden, da die Verteilung der Temperatur bei entsprechender Beladung quasi schichtweise vorliegen kann. Insbesondere wird eine erste Temperatur in einem oberen Drittel des Pufferspeichers gemessen und eine zweite Temperatur wird in einem unteren Drittel des Pufferspeichers gemessen. Die erste (obere) Temperatur ist in der Regel höher als die zweite (untere) Temperatur.A variety of temperatures can be measured in the buffer storage, as the temperature distribution can exist in layers with the appropriate load. In particular, a first temperature is measured in an upper third of the buffer memory and a second temperature is measured in a lower third of the buffer memory. The first (upper) temperature is usually higher than the second (lower) temperature.

2 zeigt eine vereinfachte schematische Zeichnung eines erfindungsgemäßen Heizungssystems 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches ein leicht abgewandeltes Hydraulikschema aufweist. Im Folgenden werden lediglich Unterschiede beschrieben. 2 shows a simplified schematic drawing of a heating system according to the invention tems 1 according to a second exemplary embodiment, which has a slightly modified hydraulic scheme. Only differences are described below.

Vom Wärmetauscher 7 fließt hier der Rücklauf RP des Primärkreises sowohl zur Brennstoffzelle 2 als auch zum Spitzenlastkessel 3. Ferner speisen sowohl die Brennstoffzelle 2 als auch der Spitzenlastkessel 3 warmes Wasser in den Vorlauf VP des Primärkreises ein, der zum Umschaltventil 9 geht. Am Umschaltventil 9 kann zwischen einer Versorgung des Wärmespeichers und des über den Wärmetauscher 7 gekoppelten Heizkreises umgeschaltet werden.From the heat exchanger 7, the return RP of the primary circuit flows to both the fuel cell 2 and the peak load boiler 3. Furthermore, both the fuel cell 2 and the peak load boiler 3 feed warm water into the flow VP of the primary circuit, which goes to the changeover valve 9. The switching valve 9 can be used to switch between supplying the heat storage and the heating circuit coupled via the heat exchanger 7.

In der Zeichnung der 2 ist ausgehend vom Wärmespeicher nur eine Warmwasserversorgung WW dargestellt. Der Wärmespeicher kann aber zusätzlich über weitere hydraulische Leitungen, ein weiteres Umschaltventil oder mehrere Umschaltventile und/oder einen weiteren oder mehrere weitere Wärmetauscher auch mit dem Heizkreis und/oder mit einem anderen Sekundärkreis oder mehreren anderen Sekundärkreisen verbunden sein.In the drawing of the 2 Only a hot water supply WW is shown based on the heat storage. However, the heat accumulator can also be connected to the heating circuit and/or to another secondary circuit or several other secondary circuits via further hydraulic lines, another switching valve or several switching valves and/or another or several further heat exchangers.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The features disclosed in the above description, the claims and the drawings can be important both individually and in any combination for the implementation of the invention in its various embodiments.

Claims (9)

Heizungssystem (1) für ein Gebäude (G), umfassend: einen Primärkreis, in dem ein erstes fluides Wärmeträgermedium zirkuliert; einen Sekundärkreis, in dem ein zweites fluides Wärmeträgermedium zirkuliert; einen Wärmeübertrager (7) zum Übertragen von Wärme zwischen einem Vorlauf (VP) des Primärkreises und einem Vorlauf (VS) des Sekundärkreises und zwischen einem Rücklauf (RP) des Primärkreises und einem Rücklauf (RS) des Sekundärkreises; eine im Primärkreis angeordnete erste Wärmesenke (4), die Wärme vom ersten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt; eine im Sekundärkreis angeordnete zweite Wärmesenke (5), die Wärme vom zweiten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt; eine im Primärkreis angeordnete Brennstoffzelle (2) zum Erzeugen elektrischen Stroms und Bereitstellen dabei erzeugter Wärme an die erste Wärmesenke (4) oder die zweite Wärmesenke (5); ein Umschaltventil (9) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der ersten Wärmesenke (4) zugeführt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der zweiten Wärmesenke (5) zugeführt wird; einen Rücklauftemperatursensor (8) zum Messen einer Rücklauftemperatur im Rücklauf (RS) des Sekundärkreises; und eine Regeleinrichtung (10) zum Regeln des Heizungssystems (1), wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist: das Umschaltventil (9) in Abhängigkeit der gemessenen Rücklauftemperatur in den ersten Zustand oder den zweiten Zustand zu schalten; die Rücklauftemperatur mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen; und das Umschaltventil (9) in den ersten Zustand zu schalten, falls die Rücklauftemperatur gleich groß wie oder größer als der Grenzwert ist; oder das Umschaltventil (9) in den zweiten Zustand zu schalten, falls die Rücklauftemperatur kleiner als der Grenzwert ist, wobei: im Sekundärkreis ein Volumenstromsensor angeordnet ist zum Messen eines Volumenstroms im Sekundärkreis; und der Grenzwert in Abhängigkeit des gemessenen Volumenstroms im Sekundärkreis und/oder in Abhängigkeit einer Leistung des Wärmeübertragers (7) bestimmt wird.Heating system (1) for a building (G), comprising: a primary circuit in which a first fluid heat transfer medium circulates; a secondary circuit in which a second fluid heat transfer medium circulates; a heat exchanger (7) for transferring heat between a flow (VP) of the primary circuit and a flow (VS) of the secondary circuit and between a return (RP) of the primary circuit and a return (RS) of the secondary circuit; a first heat sink (4) arranged in the primary circuit and which absorbs heat from the first fluid heat transfer medium; a second heat sink (5) arranged in the secondary circuit and which absorbs heat from the second fluid heat transfer medium; a fuel cell (2) arranged in the primary circuit for generating electrical current and providing heat generated thereby to the first heat sink (4) or the second heat sink (5); a switching valve (9) for switching between a first state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the first heat sink (4) and a second state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the second heat sink (5) is supplied; a return temperature sensor (8) for measuring a return temperature in the return line (RS) of the secondary circuit; and a control device (10) for controlling the heating system (1), the control device (10) being configured: to switch the changeover valve (9) to the first state or the second state depending on the measured return temperature; to compare the return temperature with a specified limit value; and to switch the changeover valve (9) to the first state if the return temperature is equal to or greater than the limit value; or to switch the changeover valve (9) to the second state if the return temperature is lower than the limit value, where: a volume flow sensor is arranged in the secondary circuit for measuring a volume flow in the secondary circuit; and the limit value is determined depending on the measured volume flow in the secondary circuit and / or depending on the performance of the heat exchanger (7). Heizungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die erste Wärmesenke (4) ein Wärmespeicher ist, der einen Temperatursensor zum Messen einer Isttemperatur im Wärmespeicher aufweist.Heating system (1). Claim 1 , wherein the first heat sink (4) is a heat storage device which has a temperature sensor for measuring an actual temperature in the heat storage device. Heizungssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Sekundärkreis mit der zweiten Wärmesenke (5) ein Heizkreis mit Radiatoren und/oder einer Fußbodenheizung ist; und im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises ein Vorlauftemperatursensor zum Messen einer Vorlauftemperatur im Sekundärkreis angeordnet ist.Heating system (1). Claim 1 or 2 , wherein: the secondary circuit with the second heat sink (5) is a heating circuit with radiators and / or underfloor heating; and a flow temperature sensor for measuring a flow temperature in the secondary circuit is arranged in the flow (VS) of the secondary circuit. Heizungssystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist: das Umschaltventil (9) in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur im Wärmespeicher und/oder einer Solltemperatur im Wärmespeicher zu schalten; und/oder das Umschaltventil (9) in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur des Sekundärkreises und/oder einer vorgegebenen Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises zu schalten.Heating system (1). Claim 2 or 3 , wherein the control device (10) is configured: to switch the switching valve (9) depending on the measured actual temperature in the heat storage and / or a target temperature in the heat storage; and/or to switch the switching valve (9) depending on the measured flow temperature of the secondary circuit and/or a predetermined target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit. Heizungssystem (1) nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen zweiten Wärmeerzeuger (3) zum Erzeugen und Abgeben von Wärme an das erste fluide Wärmeträgermedium im Primärkreis, wobei die Regeleinrichtung (10) konfiguriert ist, den zweiten Wärmeerzeuger (3) in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur und/oder der Solltemperatur im Wärmespeicher zu steuern; und/oder der gemessenen Vorlauftemperatur im Sekundärkreis und/oder der Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises zu steuern.Heating system (1). Claim 4 , further comprising: a second heat generator (3) for generating and releasing heat to the first fluid heat transfer medium in the primary circuit, wherein the control device (10) is configured depending on the second heat generator (3). to control the measured actual temperature and/or the target temperature in the heat storage; and/or the measured flow temperature in the secondary circuit and/or the target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit. Verfahren zum Betreiben eines Heizungssystems (1) für ein Gebäude (G), wobei das Heizungssystem (1) umfasst: einen Primärkreis, in dem ein erstes fluides Wärmeträgermedium zirkuliert; einen Sekundärkreis, in dem ein zweites fluides Wärmeträgermedium zirkuliert; einen Wärmeübertrager (7), der Wärme zwischen einem Vorlauf (VP) des Primärkreises und einem Vorlauf (VS) des Sekundärkreises und zwischen einem Rücklauf (RP) des Primärkreises und einem Rücklauf (RS) des Sekundärkreises überträgt; eine im Primärkreis angeordnete erste Wärmesenke (4), die Wärme vom ersten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt; eine im Sekundärkreis angeordnete zweite Wärmesenke (5), die Wärme vom zweiten fluiden Wärmeträgermedium aufnimmt, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben einer im Primärkreis angeordneten Brennstoffzelle (2) zum Erzeugen elektrischen Stroms und Bereitstellen dabei erzeugter Wärme an die erste Wärmesenke (4) oder die zweite Wärmesenke (5); Betreiben eines Umschaltventils (9) zum Umschalten zwischen einem ersten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der ersten Wärmesenke (4) zugeführt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem die Wärme der Brennstoffzelle (2) der zweiten Wärmesenke (5) zugeführt wird; Messen einer Rücklauftemperatur im Rücklauf (RS) des Sekundärkreises; Regeln des Heizungssystems (1), wobei das Umschaltventil (9) in Abhängigkeit der gemessenen Rücklauftemperatur des Sekundärkreises in den ersten Zustand oder den zweiten Zustand geschaltet wird; Vorgeben eines Grenzwerts der Rücklauftemperatur im Sekundärkreis; Vergleichen der gemessenen Rücklauftemperatur im Sekundärkreis mit dem Grenzwert; und Schalten des Umschaltventils (9) in den ersten Zustand, falls die Rücklauftemperatur im Sekundärkreis gleich groß wie oder größer als der Grenzwert ist; oder Schalten des Umschaltventils (9) in den zweiten Zustand, falls die Rücklauftemperatur im Sekundärkreis kleiner als der Grenzwert ist; Messen eines Volumenstroms im Sekundärkreis; und Bestimmen des Grenzwerts in Abhängigkeit des gemessenen Volumenstroms im Sekundärkreis und/oder in Abhängigkeit einer Leistung des Wärmeübertragers (7).Method for operating a heating system (1) for a building (G), the heating system (1) comprising: a primary circuit in which a first fluid heat transfer medium circulates; a secondary circuit in which a second fluid heat transfer medium circulates; a heat exchanger (7) which transfers heat between a flow (VP) of the primary circuit and a flow (VS) of the secondary circuit and between a return (RP) of the primary circuit and a return (RS) of the secondary circuit; a first heat sink (4) arranged in the primary circuit and which absorbs heat from the first fluid heat transfer medium; a second heat sink (5) arranged in the secondary circuit, which absorbs heat from the second fluid heat transfer medium, the method comprising: Operating a fuel cell (2) arranged in the primary circuit to generate electrical current and providing the heat generated thereby to the first heat sink (4) or the second heat sink (5); Operating a switching valve (9) for switching between a first state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the first heat sink (4) and a second state in which the heat of the fuel cell (2) is supplied to the second heat sink (5 ) is supplied; Measuring a return temperature in the return (RS) of the secondary circuit; Controlling the heating system (1), the switching valve (9) being switched to the first state or the second state depending on the measured return temperature of the secondary circuit; Specifying a limit value for the return temperature in the secondary circuit; Comparing the measured return temperature in the secondary circuit with the limit value; and switching the changeover valve (9) to the first state if the return temperature in the secondary circuit is equal to or greater than the limit value; or Switching the changeover valve (9) to the second state if the return temperature in the secondary circuit is less than the limit value; Measuring a volume flow in the secondary circuit; and Determining the limit value depending on the measured volume flow in the secondary circuit and/or depending on the performance of the heat exchanger (7). Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Messen einer Isttemperatur in einem Wärmespeicher als erste Wärmesenke (4); und/oder Messen einer Vorlauftemperatur im Sekundärkreis.Procedure according to Claim 6 , further comprising: measuring an actual temperature in a heat storage as a first heat sink (4); and/or measuring a flow temperature in the secondary circuit. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: Vorgeben einer Solltemperatur im Wärmespeicher; und Schalten des Umschaltventils (9) in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur im Wärmespeicher und/oder der Solltemperatur im Wärmespeicher; und/oder Vorgeben einer Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises; und Schalten des Umschaltventils (9) in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur im Sekundärkreis und/oder der Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises.Procedure according to Claim 7 , further comprising: specifying a target temperature in the heat storage; and switching the switching valve (9) depending on the measured actual temperature in the heat storage and/or the target temperature in the heat storage; and/or specifying a target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit; and switching the changeover valve (9) depending on the measured flow temperature in the secondary circuit and/or the target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend: Betreiben eines zweiten Wärmeerzeugers (3) im Primärkreis; Vorgeben einer Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises; und Steuern des zweiten Wärmeerzeugers (3) in Abhängigkeit der gemessenen Isttemperatur und/oder der Solltemperatur im Wärmespeicher; und/oder Steuern des zweiten Wärmeerzeugers (3) in Abhängigkeit der gemessenen Vorlauftemperatur und/oder der Solltemperatur im Vorlauf (VS) des Sekundärkreises.Procedure according to one of the Claims 6 until 8th , further comprising: operating a second heat generator (3) in the primary circuit; Specifying a target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit; and controlling the second heat generator (3) depending on the measured actual temperature and/or the target temperature in the heat storage; and/or controlling the second heat generator (3) depending on the measured flow temperature and/or the target temperature in the flow (VS) of the secondary circuit.
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