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Die
Erfindung betrifft eine Schalt- und/oder Verteilungseinheit für Fluide
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Programmierung bzw.
zum Betrieb einer hydraulischen oder pneumatischen Anlage gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 7.
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Heizungsanlagen
werden bei ihrer Inbetriebnahme in der Regel am Ort ihrer Installation
von einer dafür
zuständigen
und qualifizierten Person entsprechend einer jeweils gewünschten
aktuellen Konfiguration verschaltet. Diese Verschaltung betrifft
insbesondere die Art und Anzahl der Wärmequellen, die Art und den
Aufbau des Heizungsnetzes sowie die Art und/oder Anzahl des/der
Speicher(s). Für
einfachere Systeme, die beispielsweise lediglich zur Warmwasserversorgung
sowie für
einen Heizungsbetrieb mit bzw. ohne Fußbodenheizung ausgerüstet sind,
gibt es oftmals vorbereitete Installationssysteme bzw. -routinen.
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Werden
hingegen komplexere Anlagen aufgebaut und in Betrieb genommen, die
mehrere Wärmeerzeuger,
unterschiedliche Verbraucher und/oder zusätzliche Pufferspeicher umfassen,
ist jeweils eine individuelle Konfiguration für die aktuelle Anwendung bzw.
Konfiguration erforderlich. Dies er fordert vom Installateur einen
relativ hohen Arbeitsaufwand und birgt gleichzeitig eine relativ
große
Fehleranfälligkeit. Eine
Anpassung von benutzerspezifischen Kennlinien, beispielsweise einer
Heizungskurve oder dergleichen, ist üblicherweise nicht vorgesehen.
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Aus
der
DE 198 54 774
C2 ist ein Prüfstand für Warmwasserbereiter
und für
gasbetriebene Durchlauferhitzer bekannt, der es ermöglichen
soll, reale Vorgänge
bei einer Warmwasser-Zapfung möglichst
genau wiederzugeben. Der Prüfstand
ermöglicht
es, unterschiedliche Temperaturen des zum Warmwasserbereiter führenden
Leitungswassers bereitzustellen und dabei Temperatursprünge schnell nachzubilden.
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Ein
Ziel der Erfindung gesteht darin, eine universelle und fehlertolerante
Möglichkeit
zur Verschaltung von komplexeren hydraulischen bzw. pneumatischen
Anlagen zur Verfügung
zu stellen.
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Vorteile der
Erfindung
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Eine
erfindungsgemäße Schalt-
und/oder Verteilungseinheit für
Fluide mit einer Mehrzahl von Leitungseingängen, einer Mehrzahl von Leitungsausgängen und
einer Mehrzahl von variabel schaltbaren Sperr-, Drossel-, Umschalt-
bzw. Verzweigungsventilen sieht vor, dass die Schaltstellungen der
Ventile vor einer Inbetriebnahme bzw. während eines Betriebs extern
beeinflussbar ist. Die erfindungsgemäße Schalt- und/oder Verteilungseinheit
eignet sich insbesondere als hydraulische Einheit bzw. als Verschaltungsmodul
für eine
Heizungsanlage oder dergleichen. Insbesondere bei Einsatz eines
variablen Verschaltungsmodus ermöglicht
die erfindungsgemäße Einheit
sowie deren zugrundeliegendes Konzept eine anlagenspezifisch optimierbare
Konfiguration vor bzw. während
eines Betriebs, ohne dass ein großes Bauteilelager mit spezifischen
Steuerungen benötigt
wird. Durch eine Kon trolle vor Ort kann auf Basis definierter Testzyklen überprüft werden,
ob die geplante Verschaltung korrekt umgesetzt wurde.
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Eine
Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltstellung der
Ventile mittels einer zentralen Steuer- und Bedieneinheit beeinflussbar
ist. Mit Hilfe einer solchen Steuer- und Bedieneinheit kann die
Schaltstellung auf ihre Richtigkeit überprüft bzw. während eines Betriebs der Anlage
auf auftretende Fehler reagiert werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung kann vorsehen, dass die Schalt- und/oder Verzweigungseinheit
und/oder die zentrale Steuer- und Bedieneinheit eine Datenschnittstelle
zur einer programmierbaren Recheneinheit aufweist. Die programmierbare
Recheneinheit kann insbesondere ein herkömmlicher tragbarer Computer
sein, der ein entsprechendes Programm zur Inbetriebnahme enthält und mit
dessen Hilfe eine anlagen- bzw. konfigurationsindividuelle Programmierung
der erfindungsgemäßen Schalt- und/oder Verteilungseinheit
ermöglicht
ist.
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Eine
weitere Variante der Erfindung sieht vor, dass die Schalt- und/oder
Verzweigungseinheit und/oder die zentrale Steuer- und Bedieneinheit
eine Datenschnittstelle zur Fernüberwachung
bzw. zur Fernprogrammierung aufweist. Weiterhin kann eine Datenschnittstelle
zu einer externen Datenbank vorgesehen sein. Hierdurch und insbesondere
durch die Möglichkeit
eines Fernzugriffs per Modem auf die Steuerung besteht die Möglichkeit
einer erneuten Parametrierung der Steuerung, falls dies notwendig werden
sollte.
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Weiterhin
kann die Schalt- und/oder Verteilungseinheit Signalanschlüsse für Sensoren und/oder
Aktoren aufweisen, so dass auch eine gesamte Sensorik bzw. Aktuatorik
der hydraulischen bzw. pneumatischen Anlage in die Programmierung und/oder
Steuerung der Anlage miteinbezogen werden kann.
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Bei
einem Verfahren zur Programmierung bzw. zum Betrieb einer hydraulischen
oder pneumatischen Anlage gemäß einer
der zuvor beschriebenen Ausführungsformen
ist vorgesehen, dass die Programmierung mittels eines mit der Anlage
gekoppelten Rechners erfolgt. Vor bzw. während der Inbetriebnahme der
Anlage kann somit eine anlagen- bzw. konfigurationsindividuelle
Programmierung mit Hilfe eines externen Programms erfolgen, das
insbesondere auf einem tragbaren Rechner abgelegt ist, der mit der
Anlage gekoppelt werden kann.
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass der Rechner während
der Programmierung auf eine interne bzw. externe Datenbank zugreifen
kann. Der Zugriff auf die externe Datenbank kann insbesondere mittels
einer Modemverbindung erfolgen. Die Modenverbindung kann auch während des
Betriebs der Anlage bestehen bzw. temporär hergestellt werden, um eine Überwachung
bzw. Ferndiagnose und/oder eine Verbindung mit der externen Datenbank
herzustellen. Auf diese Weise kann vorgesehen sein, dass während des
Betriebs der Anlage eine Beeinflussung der Schaltstellung einzelner
Ventile ermöglicht
ist. Zudem kann damit während
des Betriebs der Anlage eine Fernüberwachung und/oder eine Fernprogrammierung
mittels Datenfernübertragung
ermöglicht
sein.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf einer zentralen Anlagensteuerung,
bspw. einer Heizungssteuerung, bei der ein zusätzliches temporäres, externes
Diagnosesystem vorgesehen sein kann. Dieses Diagnosesystem kann
bspw. auf einem tragbaren Rechner abgelegt sein. Mit Hilfe der Steuerung kann
nach der Installation der Anlage diese programmiert und die Konfiguration
auf mögliche
Installations- oder Bauteilefehler überprüft werden. Ins besondere bei
Einsatz eines variablen Verschaltungsmoduls ermöglicht dieses Konzept eine
anlagenspezifisch optimierte Konfiguration, ohne dass ein großes Bauteilelager
mit spezifischen Steuerungen benötigt wird.
Durch die Kontrolle vor Ort kann auf Basis definierter Testzyklen überprüft werden,
ob die geplante Verschaltung korrekt umgesetzt wurde. Bei einem optionalen
Fernzugriff via Modem kann ggf. auch eine Modifikation bzw. Neuparametrierung
der Anlagenkonfiguration erfolgen.
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Das
Verschaltungsmodul selbst weist standardisierte Anschlüsse für verschiedene
Arten von Geräten
wie Wärmeerzeugern,
-verbrauchern und Wärmespeichern
o. dgl. auf, wodurch es sich insbesondere zum Einsatz in Heizungsanlagen
eignet. Zur Reduzierung der Variationsmöglichkeiten können bestimmte
Anschlüsse
für bestimmte
Arten von anzuschließenden
Anlagenkomponenten vorgesehen sein. Zwischen den Anschlüssen besteht
innerhalb des Verschaltungsmoduls eine Vielzahl von hydraulischen
Verbindungswegen, die durch mechanische Stellglieder von außen freigegeben
oder gesperrt werden können.
So kann für
verschiedene Anwendungsfälle
jeweils eine optimale hydraulische Verschaltung realisiert werden.
Neben diesen für
eine Anlage einmalig fest einstellbaren Verschaltungen kann das
Verschaltungsmodul auch ansteuerbare variable Stellglieder, bspw.
Steuerventile enthalten, die je nach Betriebszustand eingestellt
werden.
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Zeichnungen
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 eine schematische Darstellung
einer Heizungsanlage mit einem erfindungsgemäßen Verschaltungsmodul und
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2 eine Prinzipdarstellung
einer beispielhaften Anordnung einer hydraulischen Anlage.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine beispielhafte
Konfiguration eines erfindungsgemäßen Verschaltungsmoduls 10, mit
dessen Hilfe eine Heizungsanlage konfigurierbar ist. Von der Heizungsanlage
sind der besseren Übersichtlichkeit
halber lediglich einzelne Komponenten dargestellt, beispielsweise
ein Brenner 12 zur Erzeugung von Warmwasser, ein Wärmespeicher 14 in Form
eines Wasserbehälters
oder dergleichen, ein Solarmodul 16, das ebenfalls zur
Warmwasserzeugung eingesetzt wird, sowie ein beispielhaft dargestellter
Heizkörper 18 zur
Raumheizung eines Hause (nicht dargestellt).
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Das
Verschaltungsmodul 10 weist eine Vielzahl von Ventilen 20 auf,
mit deren Hilfe die nach außen
führenden
Leitungsanschlüsse 22,
mit denen die Komponenten 12, 14, 16, 18 miteinander
verschaltet sind, konfiguriert werden können. Je nach Ventilstellung
ist eine anlagen- bzw. konfigurationsindividuelle Verschaltung der
Komponenten 12 bis 18 ermöglicht. Auf diese Weise kann
durch Einsatz des erfindungsgemäßen Verschaltungsmoduls 10 eine
individuelle und je nach Anlagengröße oftmals aufwendige Konfiguration
und Verschaltung wesentlich vereinfacht werden.
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Erkennbar
ist weiterhin eine zentrale Steuer- bzw. Bedieneinheit 24,
die eine Konfiguration der Ventile 20 vor Inbetriebnahme
der Anlage ermöglicht und
die ggf. Schnittstellen zu einem externen Rechner 26 und/oder
einem Modem 28 zur Datenübertragung und -kommunikation
aufweist. Mit Hilfe des Rechners 26 kann eine Anlagenprogrammierung
vor Inbetriebnahme und/oder eine Diagnose während des Betriebs der Anlage
erfolgen. Mit Hilfe des Modems 28 kann die Anlage ggf.
mit einem externen Zentralrechner 30 kommunizieren, der
ggf. eine externe Datenbank aufweisen kann. Auch mittels des tragbaren
Rechners 26 ist eine Kommunikation mit dem Zentralrechner 30 ermöglicht,
beispielsweise über
eine Modemverbindung oder dergleichen, die durch einen Pfeil lediglich
angedeutet ist.
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Im
Verschaltungsmodul 10 und/oder an einzelnen der Komponenten 12 bis 18 können weiterhin Sensoren
bzw. Aktoren (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die über Signalleitungen 32 elektrisch
mit der zentralen Steuer-Bedieneinheit 24 gekoppelt sind.
Mittels der Sensoren (Temperatur, Druck etc.) erhält die Steuerung
eine Rückmeldung über den
Zustand und die Verschaltung des Systems. Die variabel programmierbare
Steuerung verfügt über eine Schnittstelle
zu einem Konfigurationsgerät
in Form eines externen Rechners 26 bzw. 30, mit
dessen Hilfe ein anwendungsspezifisches Betriebsprogramm aufgespielt
wird. Eine Option besteht darin, dass das Konfigurationsgerät zusätzlich auf
eine zentrale Datenbank zugreift.
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Durch
Verwendung des multifunktionalen Verschaltungsmoduls kann nach dessen
manueller Anpassung an das System mit dem Konfigurationsgerät (Steuereinheit 24 bzw.
Rechner 26) zunächst die
eingestellte Verschaltung überprüft werden,
bevor das Betriebsprogramm endgültig
festgelegt wird. Bei der Konfiguration der Steuerung wird auf Basis der
aktuell vorliegenden Systemkomponenten aus der Datenbank das geeignete
Betriebsprogramm ausgewählt
und auf die Anlage eingespielt. Zusätzlich bietet es sich hierbei
an, verfügbare
Informationen über
das Klima, den Gebäudestandard
oder das Nutzerverhalten bereits mit einzubinden. Liegen während der
nachfolgenden Nutzung andere Einsatzbedingungen vor bzw. ändern sich
diese, kann die Steuerung auf einfache Weisen ebenfalls neu konfiguriert
werden.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer Verschaltung eines komplexeren Heizungssystems 40.
Der mit unterbrochener Linie gezeichnete Kasten in der Mitte verdeutlicht
das Verschaltungsmodul 10 mit den darin angeordneten Ventilen
zur Verschaltung der einzelnen Komponenten untereinander. Auf der
linken Seite sind eine Reihe von Wärmelieferanten 42, 44 bis 48 angedeutet.
Ein erster Wärmelieferant 42 kann
beispielsweise eine Gastherme sein. Ein zweiter Wärmelieferant 44 kann
beispielsweise eine Solaranlage sein. Dritte und vierte Wärmelieferanten
sind nicht dargestellt. Ein fünfter
Wärmelieferant 48 kann
beispielsweise eine Brennstoffzelle oder dergleichen sein.
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Weiterhin
umfasst das Heizungssystem 40 im dargestellten Ausführungsbeispiel
einen ersten Heizkreis 50 sowie weitere, nicht dargestellte
Heizkreise bis zu einem fünften
Heizkreis 54, einen Brauchwasserspeicher 56 und
einen sechsten Heizkreis 58 bis zehnten Heizkreis 62.
Schließlich
ist ein Wärmepufferspeicher 66 angedeutet.
Es können zahlreiche
weitere Komponenten vorgesehen sein, die das komplexe Heizsystem 40 bilden.
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Zur
Unterscheidung der Leitungen nach deren Temperaturniveau bedeuten
ausgezogene Linien einen Vor- bzw. Rücklauf mit hohem Temperaturniveau,
unterbrochene Linien einen Vor- bzw. Rücklauf mit schwankendem Temperaturniveau
und punktierte Linien einen Vor- bzw. Rücklauf mit niedrigem Temperaturniveau.
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Die 2 zeigt eine mögliche Ausführung eines
Verschaltungsmoduls (entsprechend 1),
das in diesem Fall modular aufgebaut ist. Da jeder Wärmeerzeuger
auf eins von bspw. zwei Sammelrohren mit möglicherweise unterschiedlichen
Temperaturniveaus aufgeschaltet werden kann, lassen sich getrennte
Nieder- und Hochtemperatur-Primärkreise realisieren.
Durch Verbindung des Niedertemperatur-Vorlaufsammlers mit dem Hochtemperatur-Rücklaufsammler
können
Hochtemperatur- und Niedertemperatur-Primärkreise
in Reihe geschaltet oder eine Rücklauftemperaturanhebung
für den
Hochtemperatur-Primärkreis
realisiert werden. Der Puffer kann Wärme aus beiden Temperaturbereichen
aufnehmen und auch beide Vorlaufsammelrohre speisen.
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Das
Heizungssystem 40 umfasst ggf. weiterhin Sensoren und Aktoren 70,
die mit nicht dargestellten Signalleitungen mit den einzelnen Komponenten des
Heizungssystems 40 verbunden sind. Eine Steuer- bzw. Regeleinheit 72 kann
wahlweise im Heizungssystem 40 integriert oder mit diesem über eine Leitung
verbunden sein. Vorzugsweise ist die Steuer- und Regeleinheit 72 mit
einem externen Rechner koppelbar, der entsprechend der Ausführungsform gemäß 1 eine Programmierung und/oder
eine Anpassung der Betriebsparameter an unterschiedliche äußere Bedingungen
ermöglicht.
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- 10
- Verschaltungsmodul
- 12
- Brenner
- 14
- Wärmespeicher
- 16
- Solarmodul
- 18
- Heizkörper
- 20
- Ventile
- 22
- Leitungsanschluss
- 24
- zentrale
Steuer-/Bedieneinheit
- 26
- Rechner
- 28
- Modem
- 30
- Zentralrechner
- 32
- Signalleitung
- 40
- Heizungssystem
- 42
- erster
Wärmelieferant
- 44
- zweiter
Wärmelieferant
- 48
- fünfter Wärmelieferant
- 50
- erster
Heizkreis
- 54
- fünfter Heizkreis
- 56
- Brauchwasserspeicher
- 58
- sechster
Heizkreis
- 62
- zehnter
Heizkreis
- 66
- Wärme-Pufferspeicher
- 70
- Sensoren/Aktoren
- 72
- Steuer-/Regeleinheit