DE19734361A1

DE19734361A1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage

Info

Publication number: DE19734361A1
Application number: DE19734361A
Authority: DE
Inventors: Bernulf Goesling; Joachim Bruns; Beate Maucher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-04

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Bekannt ist es, daß ein Heizgerät einen Brauchwasserspeicher auf einem bestimmten Temperaturniveau hält, damit bei einer gewünschten Brauchwasserzapfung verzögerungsfrei warmes Wasser bereitsteht. Die Erwärmung des Brauchwasserspeichers erfolgt auch zu solchen Zeiten, zu denen in der Regel nicht mit einer Zapfung zu rechnen ist. Aus Gründen der Energieeinsparung kann der Benutzer über eine Schaltuhr die Warmhalteschaltung für das Brauchwasser aktivieren. Der Benutzer muß jedoch die Schaltuhr vorher programmieren und damit bereits sein zukünftiges Nutzerverhalten festlegen. Ändern sich diese Gewohnheiten, ist eine rasche Bereitstellung warmen Wassers außerhalb der aktivierten Heizperioden nicht gewährleistet. Die Schaltuhr muß bei sich änderndem Nutzerverhalten umgestellt werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage umfaßt einen Brenner, der Brauchwasser erwärmt. Eine Steuerung steuert den Brenner über ein Stellsignal an, das von einem Tagesprogramm einer Schaltuhr abhängt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Zapfsensor vorgesehen ist, der ein Zapfsignal erfaßt, das eine Brauchwasserzapfung anzeigt. Das Zapfsignal ist einer Signalverarbeitung zugeführt, die dem Zapfsignal die jeweilige Tageszeit zuordnet. Das Tagesprogramm hängt von dem Zapfsignal ab. Dank dieser Abhängigkeit ist sichergestellt daß die Warmhalteschaltung des Brauchwassers so angesteuert ist, daß sich änderndes Benutzerverhalten berücksichtigt wird. Jahreszeitabhängige Verschiebungen typischer Benutzungshandlungen werden erkannt und adaptiv zukünftigen Stellvorgängen zugrundegelegt. Der Bedienkomfort erhöht sich, da der Benutzer keine ständige Umprogrammierung der das Tagesprogramm festlegenden Schaltuhr vornehmen muß. Auch bei einer Inbetriebnahme dieser Warmhalteschaltung kann auf eine vom Benutzer vorzunehmende Parametrierung der Schaltuhr verzichtet werden, da sich nach einigen Tagen bereits verläßliche Hinweise ergeben, welchem Benutzerverhalten die Warmhalteschaltung der Brauchwassererwärmung anzupassen ist. Separate Bedienelemente zum Betätigen der Schaltuhr werden nicht benötigt. Dank der gezielten Aktivierung der Warmhalteschaltung lassen sich unnötige Aufwärmphasen des Brauchwassers vermeiden, wodurch sich der Energiebedarf der Heizungsanlage verringert.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Zapfsignal in einem Tagesspeicher abgelegt ist. Mehrere Zapfprofile können auf diese Weise ausgewertet werden, wodurch sich die Güte der bedarfsgerechten Ansteuerung der Warmhalteschaltung verbessert. Prognosen des zukünftigen Zapfverhaltens werden dank des Rückgriffs auf mehrere Datensätze vorangegangener Zapfvorgänge verbessert.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß aus zumindest einem vorangegangenen Zapfsignal und dem aktuellen Zapfsignal eine Wahrscheinlichkeit für eine zukünftige Zapfung ermittelt ist, die das Tagesprogramm beeinflußt. Die Wahrscheinlichkeit läßt sich beispielsweise durch Mittelwertbildung gewinnen.

In einer Weiterbildung werden die jeweiligen Zapfsignale durch Gewichtungsfaktoren bewertet. Die gewichteten Zapfsignale werden als ein Maß für die Wahrscheinlichkeit addiert. Die jeweiligen Werte der Gewichtungsfaktoren hängen ab von den jeweiligen Tagen, an denen das entsprechende Zapfsignal erfaßt wurde. Dank der Gewichtungsfaktoren können aktuelle Änderungen im Benutzerverhalten bei der Prognose in stärkerem Maße berücksichtigt werden. Dadurch paßt sich die Aktivierung der Warmhalteschaltung rascher den veränderten Benutzergewohnheiten an. Eine geschickte Wahl der Gewichtungsfaktoren optimiert die Güte einer Zapfprognose.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Wahrscheinlichkeit einer zukünftigen Zapfung mit einer Wahrscheinlichkeitsschwelle verglichen. Das Stellsignal hängt von dem Vergleich ab. Nach dem Vergleich der Wahrscheinlichkeit mit einer vorgebbaren Schwelle, bei deren Unterschreiten eine Aktivierung der Warmhalteschaltung nicht für sinnvoll erachtet wird, ergibt sich der jeweilige binäre Zustand des Ansteuersignals. Mit der Wahl der Wahrscheinlichkeitsschwelle läßt sich in einfacher Weise ein bestimmter Benutzertyp festlegen. Wird die Wahrscheinlichkeitsschwelle sehr niedrig angesetzt, besitzt der Benutzer eine recht hohe Sicherheit, daß auch zu unwahrscheinlichen Benutzungszeiten schnell warmes Wasser zur Verfügung steht, allerdings auf Kosten einer relativ häufigen Erwärmung des Brauchwasserspeichers. Wird die Wahrscheinlichkeitsschwelle relativ hoch angesetzt, nimmt der Benutzer gewisse Wartezeiten in Kauf, wobei die Verkürzung der Aufwärmphasen Energieeinsparungen der Heizungsanlage gewährleistet.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung hängt eine Solltemperatur des Brauchwassers ab von der Wahrscheinlichkeit einer zukünftigen Zapfung. Eine mit der Wahrscheinlichkeit korrespondierende kontinuierliche Solltemperaturvorgabe umgeht die Schwierigkeiten einer binären Ansteuerung der Warmhalteschaltung, die gerade in der unmittelbaren Nähe der Wahrscheinlichkeitsschwelle zu einer nicht immer mit dem tatsächlichen Benutzerverhalten konform gehenden Aktivierung der Warmhalteschaltung führen kann.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen aus weiteren abhängigen Ansprüchen ergeben sich aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild, Fig. 2a bis 2e mögliche Signalverläufe sowie Fig. 3 ein Flußdiagramm.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Zapfsensor 18 erfaßt ein Zapfsignal z_n, das einer Signalverarbeitung 14 zugeführt ist, die einen Tagesspeicher 22 enthält. Die Signalverarbeitung 14 beeinflußt ein Tagesprogramm 20. In Abhängigkeit von dem Tagesprogramm 20 gibt eine Steuerung 11 ein Stellsignal S an einen Brenner 10 ab. Signalverarbeitung 14 und Tagesprogramm 20 sind in der Steuerung 11 enthalten.

Fig. 2a bis 2c sind mögliche tageszeitabhängigen Verläufe von Zapfsignalen z_n, z_n-1, z_n-2 zu entnehmen. Aus den Zapfsignalen z_n, z_n-1, z_n-2 ist die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) einer zukünftigen Zapfung tageszeitabhängig ermittelt, Fig. 2d. Eine Wahrscheinlichkeitsschwelle ps mit konstantem Verlauf ist ebenfalls eingezeichnet. Unterschreitet die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) die Wahrscheinlichkeitsschwelle ps, nimmt das zukünftige Stellsignal S_n+1 den Wert Null an, ansonsten den Wert Eins, Fig. 2e.

Die Steuerung 11 aktiviert über das Stellsignal S den Brenner 10 zur Brauchwassererwärmung in der Weise, daß eine Warmhalteschaltung zu vorgebbaren Zeiten aktiviert ist. Bei aktiver Warmhalteschaltung wird beispielsweise ein Brauchwasserspeicher auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten. Bei Unterschreiten einer festgelegten Temperaturuntergrenze des Brauchwassers heizt der Brenner 10 solange, bis eine Temperaturobergrenze erreicht ist. Das Temperaturniveau des Brauchwasserspeichers bewegt sich innerhalb dieser Grenzen. Ist die Warmhalteschaltung nicht aktiv, erhält der Brenner 10 kein Signal zur Brauchwassererwärmung.

Ein Zapfsensor 18 erzeugt in Abhängigkeit von einer Brauchwasserzapfung beispielsweise ein binäres Zapfsignal z_n. Als Zapfsensor 18 kann beispielsweise ein Wasserschalter verwendet sein. Auch das Signal einer bei einer Zapfung aktivierten Durchflußturbine läßt sich als Zapfsignal z_n auswerten. Die Signalverarbeitung 14 versieht dieses Zapfsignal z_n mit der Uhrzeit, zu der die Zapfung erfolgt. Dem Benutzerverhalten wird in der Regel ein Tagesrhythmus zuzuordnen sein. Der Index n bezeichnet den aktuellen Tag, an dem gerade die Zapfung z_n erfolgt. Die Indices n-1, n-2 stehen für eine vorangegangene Zapfung, beispielsweise der Index n-1 für eine Zapfung am Vortag, der Index n-2 für eine Zapfung an dem diesem vorangegangenen Tag. Den Fig. 2a bis 2c ist ein kontinuierlicher Verlauf der aktuellen Zapfung z_n sowie der vorangegangenen Zapfungen z_n-1, z_n-2 zu entnehmen. Die aktuell erfaßte Zapfung z_n wird in einem Tagesspeicher 22 abgelegt. In der weiteren Beschreibung werden noch zwei vorangegangene Zapfsignale z_n-1, z_n-2 neben dem aktuellen Zapfsignal z_n zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) einer zukünftigen Zapfung z_n+1 herangezogen. Es haben sich beispielsweise die in den Fig. 2a bis 2c hinterlegten Zapfverläufe ergeben.

Nachdem bereits die aktuelle Zapfung z_n erfaßt ist, Schritt 101, wird die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) berechnet, Schritt 102. Die drei Zapfsignale z_n, z_n-1, z_n-2 sind gleich gewichtet. Die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) ermittelt sich aus einfacher Mittelwertbildung. Da beispielsweise um 6.00 Uhr lediglich zwei der drei Zapfsignale eine Brauchwasserzapfung signalisieren, ergibt sich die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) für diesen Zeitpunkt zu zwei Drittel. In der beschriebenen Weise resultiert der in Fig. 2d skizzierte Verlauf der Wahrscheinlichkeit P(z_n+1).

Diese Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) wird mit der wahrscheinlichkeitsschwelle ps verglichen. Unterschreitet die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) die beispielsweise auf 0,5 festgelegte Wahrscheinlichkeitsschwelle ps, wird die Warmhalteschaltung des Brenners 10 nicht aktiviert. In Abhängigkeit von dem Vergleich ergeben sich zukünftiges Tagesprogramm 20 und korrespondierendes Stellsignal S_n+1, das die Aktivierung oder Deaktivierung der Warmhalteschaltung des Brenners 10 bewirkt.

Alternative Ausführungsformen sind denkbar. Die Berechnung der Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) in Schritt 102 kann dahingehend modifiziert werden, daß die Zapfsignale z_n, z_n-1, z_n-2 unterschiedlich gewichtet werden durch Gewichtungsfaktoren G_n, G_n-1, G_n-2. Je weiter der Zapfvorgang zurückliegt, desto geringer ist der Gewichtungsfaktor G zu wählen, mit dem das jeweilige Zapfsignal z multipliziert wird. Die gewichteten Zapfsignale z werden anschließend addiert und durch einen Normierungsfaktor dividiert, der sich aus der Summe der Gewichtungsfaktoren G errechnet.

Als weitere Alternative wird die Wahrscheinlichkeit P(z_n+1) des zukünftigen Zapfvorgangs unter Berücksichtigung des aktuellen Zapfsignals z_n und der Wahrscheinlichkeit p(z_n) der zurückliegenden Zapfprognose beispielsweise durch Addition mit dem aktuellen Zapfsignal z_n. ermittelt. Das aktuelle Zapfsignal z_n ist wiederum in geeigneter Weise zu gewichten.

In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) für eine zukünftige Zapfung eine hierzu proportionale Solltemperatur des Brauchwassers vorzugeben.

In der Signalverarbeitung 14 kann zum Zwecke der Zeitzuordnung des Zapfsignals z_n eine Quarzuhr vorgesehen sein. Die Signalverarbeitung 14 könnte jedoch genausogut einen Empfänger für ein Funkuhrsignal aufweisen, das der Zeitzuordnung dient.

Um unerhebliche kurze Zapfungen nicht dem zukünftigen Zapfverhalten zugrundezulegen, werden solche Zapfvorgänge gezielt ausgeblendet, deren Zapfdauer einen bestimmten vorgebbaren Mindestwert unterschreitet.

Neben einer zeitkontinuierlichen Erfassung des Zapfsignals z_n werden die jeweiligen Zustände des Zapfsignals z_n an bestimmten zeitdiskreten Stützstellen hinterlegt und in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt des Vortags zur Ermittlung der Wahrscheinlichkeit P(z_n+1) in der bereits beschriebenen Weise herangezogen.

Das Zapfverhalten am Wochenende und unter der Woche weist in der Regel signifikante Unterschiede auf. Eine Zapfprognose berücksichtigt diese Zweiteilung, indem die Zapfsignale z_n, z_n-1, z_n-2 der Wochentage in beschriebener Weise für die Wochentagsprognose, die Tage des Wochenendes für die Wochenendprognose als Datenbasis herangezogen werden.

Die Erfindung bezieht sich nicht lediglich auf Anwendungsgebiete, die sich auf eine Prognose einer Brauchwasserzapfung stützen. Zum Zwecke einer Wohnungsheizungssteuerung können auch Wärmeanforderungen erfaßt und in einer zukünftigen Heizungssteuerung berücksichtigt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Heizungsanlage, mit einem Brenner (10), der Brauchwasser erwärmt, mit einer Steuerung (11), die den Brenner (10) über ein Stellsignal (S) ansteuert, das von einem Tagesprogramm (20) einer Schaltuhr abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zapfsensor (18) vorgesehen ist, der ein Zapfsignal (z_n) erfaßt, das eine Brauchwasserzapfung anzeigt, das Zapfsignal (z_n) einer Signalverarbeitung (14) zugeführt ist, die dem Zapfsignal (z_n) die jeweilige Tageszeit zuordnet, und das Tagesprogramm (20) von dem Zapfsignal (z_n) abhängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfsignal (z_n) in einem Tagesspeicher (22) abgelegt ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus zumindest einem vorangegangen Zapfsignal (z_n-1, z_n-2) und dem aktuellen Zapfsignal (z_n) eine Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) für eine zukünftige Zapfung ermittelt ist, die das Tagesprogramm (20) beeinflußt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) für eine zukünftige Zapfung durch Mittelwertbildung aus zumindest einem vorangegangenen Zapfsignal (z_n-1, z_n-2) und dem aktuellen Zapfsignal (z_n) ermittelt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Zapfsignale (z_n, z_n-1, z_n-2) mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren (G_n, G_n-1, G_n-2) gewichtet sind und die so gewichteten Zapfsignale addiert sind, woraus sich die Wahrscheinlichkeit p (z_n+1) ergibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Werte der Gewichtungsfaktoren (G_n, G_n-1 G_n-2) abhängen von dem jeweiligen Tag (n, n-1, n-2), an dem das jeweilige Zapfsignal (z_n, z_n-1, z_n-2) erfaßt wurde.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeit P(z_n+1) einer zukünftigen Zapfung mit einer Wahrscheinlichkeitsschwelle (ps) verglichen ist, und in Abhängigkeit von dem Vergleich das Stellsignal (S) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zapfsignal (z_n) nur solche Zapfvorgänge erfaßt, die eine Mindestdauer nicht unterschreiten.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Solltemperatur des Brauchwassers abhängt von der Wahrscheinlichkeit p(z_n+1) einer zukünftigen Zapfung.