EP1936288B1

EP1936288B1 - Verfahren und System zur Detektion des hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage

Info

Publication number: EP1936288B1
Application number: EP07017809.0A
Authority: EP
Inventors: Arne Dr. Kähler; Jochen Dr. Ohl
Original assignee: Techem Energy Services GmbH
Current assignee: Techem Energy Services GmbH
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2027-09-12
Also published as: EP1936290A2; PL1936288T3; EP1936288A3; DK1936288T3; EP1936290A3; EP1936288A2; DE102006060324A1; EP1936290B1; PL1936290T3; DK1936290T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Detektion sowie ggf. zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage mit über ein Fluidströmungssystem verbundenen Heizkörpern insbesondere einer Warmwasserheizungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs kann nach dem Erkennen einer Über- oder Unterversorgung eines Heizkörpers die Fluidströmung durch einzelne Heizkörper reguliert werden.
Bei Pumpen-Warmwasserheizungen mit über ein Rohrsystem miteinander verbundenen Heizkörpern tritt oftmals das Problem der Unterversorgung einzelner, hydraulisch ungünstig gelegener Heizkörper bei gleichzeitiger Überversorgung anderer, hydraulisch günstig gelegener Heizkörper auf. Dieses Problem ist auf unterschiedliche Differenzdrücke an den verschiedenen Heizkörpern zurückzuführen. Um diese auszugleichen, muss ein hydraulischer Abgleich der Heizungsanlage durchgeführt werden. Ziel des hydraulischen Abgleichs ist es, die hydraulischen Widerstände in dem Fluidströmungssystem so einzustellen, dass eine ausreichende Versorgung aller Heizkörper sichergestellt ist. Dazu muss auch an dem hydraulisch ungünstigsten Heizkörper ein ausreichend großer Differenzdruck anliegen.
Hierzu können beispielsweise Heizkörperventile mit einer entsprechenden Voreinstellung verwendet werden. Bei hydraulisch günstig gelegenen Heizkörpern wird durch die Wahl der Voreinstellung der hydraulische Widerstand erhöht. Dadurch erhöht sich die nach VDI 2073 als $a = \frac{Δ p_{T V, 100 %}}{Δ p_{T V, Z u}}$
definierte Ventilautorität, wobei Δp_TV,100% der Druckabfall am Ventil bei voll geöffnetem Ventil und Δp_TV,Zu der Druckabfall bei geschlossenem Ventil ist. Durch die Erhöhung des hydraulischen Widerstandes steigt der Druckabfall Δp_TV,100% bei einem voll geöffneten Heizkörperventil und somit die Ventilautorität. Der Zusammenhang zwischen der Ventilautorität, der Hubstellung des Heizkörperventils und dem Durchfluss bzw. der Wärmeabgabe des Heizkörpers ist in Fig. 5 dargestellt, wobei Werte von a ≥ 0,3 anzustreben sind, um eine gute Regelbarkeit zu erreichen.
Der hydraulische Abgleich durch eine Erhöhung des hydraulischen Widerstands bei einzelnen Heizkörpern führt bei einer Parallelschaltung der Heizkörper, die heute üblicher Weise eingesetzt wird, zu einer Reduzierung des Massenstromes durch diesen Heizkörper und damit verbunden zu einem höheren Differenzdruck an den hydraulisch weniger gut gelegenen Heizkörpern. Die Durchführung des hydraulischen Abgleichs ist in der Praxis jedoch ein aufwändiges und langwieriges Verfahren. Es wird daher aus Zeit- und Kostengründen häufig nicht oder nur ungenau durchgeführt. Oftmals wird statt dessen auch die Pumpe auf eine höhere Drehzahlstufe gestellt, was zu einem unnötig hohen Stromverbrauch und zu Strömungsgeräuschen führen kann.
In der DE 100 03 394 A1 wird ein Verfahren zum hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage beschrieben. Dieses Verfahren beruht auf einer Messung und Einregulierung des Differenzdruckes am Heizkörper selbst. Die Einregulierung erfolgt durch Verstellen des Rücklaufventils, wird von Hand durchgeführt und hat somit den Nachteil, dass das Verfahren langwierig und umständlich ist und hohe Kosten verursacht.
Aus der DE 42 21 725 ist ein Verfahren zum automatischen Erzielen eines hydraulischen Abgleichs bekannt, bei welchem die Heizkörper-Thermostatventile zunächst voll geöffnet und die sich so in jedem Raum einstellende Temperatur gemessen wird. In den Räumen mit zu hoher resultierender Temperatur werden die Thermostatventile so weit geschlossen, bis sich die gewünschte Temperatur einstellt. Der so ermittelte Öffnungsgrad der Thermostatventile wird als maximale Öffnung für alle weiteren Regelaktivitäten verwendet. Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass zunächst der stationäre Zustand der Anlage abgewartet werden muss, bevor eine Einstellung erfolgen kann.
Ein weiteres Verfahren ist aus DE 102 43 076 A1 bekannt. Dieses Verfahren nutzt Stellantriebe mit integrierter Temperaturdifferenzregelung, welche zum Zwecke der Einregulierung auf einen voreinstellbaren Adapter für Heizkörperventile montiert werden. Der Volumenstrom durch den Heizkörper wird durch den voreinstellbaren Adapter variiert, bis eine vorgegebene Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur erreicht ist. Nach der Beendigung des Einstellprozesses werden die Stellantriebe wieder entfernt und durch Thermostatköpfe ersetzt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass zusätzlich voreinstellbare Adapter benötigt werden, die zu dem Stellantrieb mechanisch kompatibel sein müssen. Außerdem erfordert auch dieses Verfahren eine manuelle Durchführung und ist daher umständlich und teuer.
Aus der WO 2004/083733 A1 ist ein Verfahren zum Einstellen mehrerer parallel geschalteter Wärmetauscher bekannt, bei dem für jeden Wärmetauscher aus dem laufenden Betrieb eine den Wärmebedarf des Wärmetauschers spezifische Größe in einem vorbestimmten Zeitraum ermittelt wird, die spezifischen Größen aller Wärmetauscher miteinander verglichen werden und die Einstellung des Wärmetauschers mit der den geringsten Wärmebedarf anzeigenden Größe in dem Sinn verändert wird, den Wärmebedarf zu vergrößern. Der Wärmetauscher mit dem größten Verbrauch an Wärmeträgermedium wird sozusagen bestraft, indem die Durchflussmenge an Wärmeträgermedium verringert wird.
Aus der EP 0 189 614 A1 ist eine Vorrichtung zum Einstellen einer Heizungsinstallation bekannt, bei der jeder Heizkörper mit einem voreinstellbaren Ventil im Zulauf des Heizungsmedium versehen ist. Dadurch kann der Durchfluss durch die einzelnen Radiatoren so eingestellt werden, dass der hydraulische Abgleich der verschiedenen Heizkörper ausgewogen ist.
Die WO 03/052536 A2 beschreibt ein Verfahren zur Adaption der Wärmeleistung in Heizungsanalgen durch Vorgabe einer Vorlauftemperatur, die aus einem Gebäudeversorgungszustand abgeleitet wird. Der Gebäudeversorgungszustand wird aus Versorgungszuständen der einzelnen Heizkörper ermittelt, die deren aktuellen Wärmebedarf anzeigen, der bspw. aus den Ventilstellungen der einzelnen Heizkörperventile abgeleitet wird.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine einfache Möglichkeit für die Detektion und ggf. Durchführung eines hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage zu schaffen, mit der automatisch erkannt werden kann, welche Heizkörper unterversorgt sind. Hierzu sollen vorzugsweise an Heizkörpern ohnehin vorhandene Einrichtungen wie Raumtemperaturregelungen und/oder Verbrauchskostenerfassungsgeräte wie Heizkostenverteiler genutzt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass für jeden Heizkörper ein die thermische Dynamik eines durch den Heizkörper geheizten Raums anzeigender Kennwert ermittelt und die Kennwerte mehrerer Heizkörper, insbesondere aller Heizkörper eines Heizkreises der Heizungsanlage, und/oder mehrere (bspw. mindestens zwei) zeitlich aufeinander folgende Kennwerte eines Heizkörpers, insbesondere nach einer Vorlauftemperaturänderung in dem Heizkreis oder der Heizungsanlage, zur Erkennung einer hydraulischen Über- oder Unterversorgung eines Heizkörpers miteinander verglichen werden. Ein nach der Detektion ggf. notwendiger hydraulischer Abgleich kann automatisiert durch Einstellen bzw. Begrenzen der Heizkörperventilstellungen erfolgen, wodurch auf einfache Weise eine Regulierung des Fluidstromes bewirkt wird.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die thermische Dynamik in einem Raum durch die Messung thermischer oder heizungsdynamischer Größen vorgenommen wird, die im laufenden Heizungsbetrieb erfasst werden können. Die Bewertung der hydraulischen Verhältnisse erfolgt einfacher Weise durch einen Vergleich der Kennwerte der thermischen Raumdynamik, wobei ungünstige hydraulische Verhältnisse dann vorliegen, wenn die Raum- bzw. Aufheizdynamik verschiedener Heizkörper deutlich unterschiedliche Werte aufweist bzw. sich die Kennwerte eines Heizkörpers nach einer gezielt durchgeführten Änderung bspw. der Vorlauftemperatur nicht wie bei Heizkörpern mit optimalem hydraulischem Abgleich verhalten. Erfindungsgemäß kann die Auswertung der Kennwerte mehrerer Heizkörper auch mit der Auswertung des insbesondere zeitlichen Verlaufs des Kennwerts eines Heizkörpers nach einer definierten Änderung bspw. der Vorlauftemperatur kombiniert werden. Diese beiden Möglichkeiten zur Detektion des hydraulischen Abgleichs ergänzen sich und können in Kombination eine besonders zuverlässige Einschätzung des gegebenen hydraulischen Abgleichs liefern. Sie sind jedoch auch jede für sich einsetzbar und werden nachfolgend noch ausführlicher erläutert. Mit der vorliegenden Erfindung kann daher eine Analyse des hydraulischen Abgleichs und ggf. eine Korrektur durch Eingriff in den hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage automatisch ohne manuellen Eingriff erfolgen.
Dazu ist der dynamische Kennwert eine Aufheizdynamik für einen Raum, d.h. die Geschwindigkeit, mit der eine von außen vorgegebene Temperaturerhöhung durchgeführt wird. Aus der Geschwindigkeit eines Temperaturanstiegs in einem Raum wird jeweils eine Aufheizdynamik bzw. -konstante für die dem Raum zugeordneten Heizkörper ermittelt. Für den hydraulischen Abgleich werden dann alle Werte der Aufheizdynamik durch Regulieren der jeweiligen Heizkörperventilstellungen in etwa aneinander angeglichen. Die Aufheizdynamik wird durch die Vorgabe einer Raumtemperaturerhöhung und eine Messung der für das Aufheizen benötigten Zeit ermittelt. Das vorgeschlagene Verfahren basiert also auf der Auswertung von Aufheizdynamiken für jeden Heizkörper. Die Aufheizdynamik bzw. -konstante gibt an, wie schnell der Raum nach einer Erhöhung des Heizfluid-Durchflusses durch den Heizkörper aufheizt, wobei die Erhöhung des Heizfluid-Durchflusses insbesondere durch eine bspw. von einer Heizkörper-Raumtemperaturregelung initiierte Ventilöffnung hervorgerufen werden kann. Die Bewertung der hydraulischen Verhältnisse erfolgt durch einen Vergleich der Werte der Aufheizdynamik für verschiedenen Räume bzw. Heizkörper, wobei ungünstige hydraulische Verhältnisse dann vorliegen, wenn die Aufheizdynamik stark unterschiedliche Werte zeigen.
Besonders einfach kann die Aufheizkonstante durch die Vorgabe einer Soll-Raumtemperaturerhöhung und eine Messung der für das Aufheizen benötigten Zeit ermittelt werden. Dies kann bspw. mittels einer ohnehin vorhandenen elektronischen Heizkörper-Raumtemperaturregelung erfolgen.
Insbesondere zusätzlich zu der Aufheizdynamik, ggf. aber auch als ausschließlich erfasste Größe, wird als Kennwert für die thermische Dynamik eines durch den Heizkörper geheizten Raums auch die Totzeit zwischen einer Vorgabe zur Erhöhung der Raumtemperatur und dem Beginn eines Aufheizvorgangs verwendet. Dabei wird nach Vorgabe einer solchen Soll-Raumtemperaturerhöhung also die Zeit bis zum Beginn des Aufheizvorgangs ermittelt, d.h. bis eine erste Temperaturänderung im Raum nach einer geänderten Sollwertvorgabe durch entsprechende Sensoren, in der Regel Temperaturfühler, festgestellt wird. Insbesondere können zunächst die Totzeit und anschließend die Aufheizdynamik für den auf die Totzeit folgenden Temperaturanstieg ermittelt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es erst nach einer gewissen Verzögerung zu einem Temperaturanstieg im Raum kommt. Eine große Totzeit bedeutet hierbei eine schlechte Versorgung des Heizkörpers. Diese Information kann zusätzlich zu dem Wert der Aufheizdynamik für Rückschlüsse auf das hydraulische System der Heizungsanlage verwendet werden.
Als zusätzlicher oder alternativ verwendeter Kennwert kommen auch Heizkörpertemperaturen und/oder Heizkörper-Versorgungszustände, insbesondere deren zeitliche Änderung bzw. Ableitung, in Betracht, die für verschiedene Heizkörper und/oder im zeitlichen Verlauf für einen Heizkörper, bspw. nach einer gezielt durchgeführten Vorlauftemperaturänderung, erfasst werden. Als Heizkörpertemperaturen können Heizköpervorlauf-, Heizkörperrücklauf- und/oder Heizkörperoberflächentemperaturen sowie deren insbesondere auf die Raumlufttemperatur bezogenen Übertemperaturen erfasst werden. Ausführungsbeispiele mit alternativ verwendeten Kennwerten fallen nicht unter den Schutzbereich der Ansprüche. Der Heizkörper-Versorgungszustand ist eine aus den vorgenannten Temperaturen und/oder aus der Ventilstellung des Heizkörpers abgeleitete Größe, welche den Wärmebedarf des Heizkörpers bzw. der Heizfläche anzeigt. Die für die Ermittlung der Heizkörpertemperaturen bzw. Heizkörper-Versorgungszustände benötigten Messwerte können bspw. durch vorhandene elektronische Heizkostenverteiler ermittelt werden. Auch aus dem Vergleich derartiger Kennwerte für einen Heizkörper, insbesondere in deren zeitlichen Verlauf, kann ermittelt werden, ob ein Heizkörper oder eine sonstige Heizfläche wie eine Fußbodenheizung, für welche die Erfindung auch einsetzbar ist, in der Heizungsanlage hydraulisch richtig abgeglichen ist.
Dabei kann die folgende Grundidee zum Einsatz kommen: Wenn die hydraulische Versorgung einer Heizfläche in der Heizungsanlage akzeptabel ist, kann eine im Vergleich zu der absoluten Höhe der optimalen Vorlauftemperatur kleine Änderung der Vorlauftemperatur durch einen veränderten Massenstrom des Heizfluids durch den Heizkörper bzw. die Heizfläche ausgeglichen werden. Bei einer gezielt durchgeführten, kleinen Reduzierung der Vorlauftemperatur in der gesamten Heizungsanlage kommt es zu einer Vergrößerung der Hubstellung des Heizkörperventils und folglich zu einer Zunahme des Massenstroms, sofern die Heizungsanlage und der Heizkörper hydraulisch sinnvoll abgeglichen sind und die Heizlast während dieser Zeit konstant bleibt. In diesem Fall kann also eine geringfügig erniedrigte Vorlauftemperatur durch eine Erhöhung des Massenstroms ausgeglichen werden und es wird erwartet, dass nach einer ausreichend bemessenen Übergangszeit die durch einen Heizkostenverteiler gemessene bzw. die mit Korrekturfaktoren korrigierte mittlere Übertemperatur der Heizkörper nur eine geringfügige Änderung erfährt. Der Versorgungszustand des Heizkörpers ist eine aus dem Heizkörpermassenstrom abgeleitete, diesem indirekt proportionale Größe und wird sinken (vgl. auch den in Fig. 6 dargestellten Zusammenhang), wobei die Wärmeabgabe der Heizkörper bei angenommener gleicher Heizlast ungefähr konstant bleibt. Sofern dieses erwartete Verhalten am Heizkörper nicht auftritt, ist der hydraulische Abgleich der Heizungsanlage nicht optimal und sollte erneut durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens kann ein Kennwert durch ein Übertragungsglied erster oder höherer, bspw. zweiter, Ordnung oder eine Differentialgleichung dargestellt werden, deren Parameter ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Durch solche mathematisch darstellbaren Funktionen lässt sich die Dynamik des Systems besonders gut und schnell berücksichtigen. In diesem Fall liegen ungünstige hydraulische Verhältnisse vor, wenn die ermittelten bzw. abgeschätzten Parameter für die einzelnen Heizkörper stark voneinander abweichen.
Um eine zu schnelle Änderung neuer Werte der Aufheizdynamik, der Totzeit und/oder sonstiger Parameter der Übertragungsglieder oder Differenzialfunktionen zu vermeiden und den Einfluss temporärer Störungen, bspw. einen Fremdwärmeeinfluss durch direkte Sonneneinstrahlung während einer überwachten Aufheizphase, zu unterdrücken, kann vorgesehen werden, die neuen Werte nicht direkt zu übernehmen, sondern mit alten Werten bspw. durch eine Mittelwertbildung zu wichten.
Eine besonders günstige Konstellation für die Ermittlung der Kennwerte liegt vor, wenn alle Heizkörper gleichzeitig eine Heizphase einleiten. Dann können die Aufheizdynamik bzw. sonstige Kennwerte gleichzeitig für alle Heizkörper ermittelt werden. Dies kann dadurch realisiert werden, dass eine Heizkörper-Raumtemperaturregelung für alle Räume eine insbesondere gleiche Temperaturerhöhung als Sollwert vorgibt. In einem optimal hydraulisch abgeglichenen System müsste die Raumtemperatur dann in den verschiedenen Räumen in etwa in gleichen Zeiträumen ansteigen. Bei unterschiedlichen Kennwerten kann also besonders zuverlässig auf einen nicht vollständig abgeglichenen hydraulischen Zustand geschlossen werden.
Es ist jedoch auch möglich, die Aufheizdynamik oder sonstige Kennwerte ggf. zusätzlich bei jedem bspw. durch eine Einzelraumtemperaturregelung vorgegebenen Temperaturanstieg in einem Raum automatisch zu ermitteln, auch wenn in diesem Fall die hydraulische Gesamtsituation der Heizungsanlage, detektiert bspw. durch Ermittlung verschiedener Aufheizkonstanten, unterschiedlich sein kann. Ausführungsbeispiele mit Verwendung sonstiger Kennwerte fallen nicht unter den Schutzbereich der Ansprüche. Unter Inkaufnahme dieses Nachteils kann ein hydraulischer Abgleich jedoch schnell und flexibel an Änderungen des Systems angepasst und ständig auch im normalen laufenden Betrieb aktualisiert werden. Insbesondere bei der Aktualisierung bereits vorhandener Kennwerte mit neuen Werten für die Aufheizdynamik, die Totzeit und/oder sonstiger Parameter der Übertragungsglieder oder Differentialgleichungen können die neuen mit alten Werten gewichtet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Angleichung der Kennwerte iterativ, d.h. nach einer Hubänderung der Ventilstellung an einem hydraulisch über- bzw. unterversorgten Heizkörper werden bei einer nächsten vorgegebenen Temperaturänderung wieder die entsprechenden Kennwerte bestimmt, abgeglichen und entsprechend die resultierenden Ventilstellungsbegrenzungen festgelegt. Auf diese Weise wird im Laufe der Zeit ein möglichst optimaler hydraulischer Abgleich erreicht, der sich außerdem selbsttätig an eine geänderte hydraulische Situation, bspw. ein dauerndes Abstellen eines bestimmten Heizkörpers in einem nicht benutzten Raum, anpasst.
Besonders einfach kann die Aufheizkonstante durch die Vorgabe einer Soll-Raumtemperaturerhöhung und eine Messung der für das Aufheizen benötigten Zeit ermittelt werden. Dies kann insbesondere mittels einer ohnehin vorhandenen elektronischen Heizkörper-Raumtemperaturregelung erfolgen. Die Kennwerte können sowohl dezentral durch einen mit Raumtemperatursensoren ausgestatteten Heizkörper-Raumtemperaturregler ermittelt und an eine Zentrale übermittelt oder in einer mit Raumtemperatursensoren für die jeweiligen Räume und den Heizkörper-Raumtemperaturreglern verbundenen Zentrale ermittelt werden.
Somit wird durch Auswertung der den verschiedenen Heizkörpern zugeordneten Kennwerte, bspw. Aufheizdynamiken, eine durch ungünstige hydraulische Verhältnisse bedingte Unter- oder Überversorgung eines Heizkörpers ermittelt. Wenn bspw. die Aufheizkonstante für einen Heizkörper eine Überversorgung anzeigt, kann dessen maximal verwendeter Ventilhub reduziert werden. So werden die hydraulischen Verhältnisse der Heizkörper der Heizungsanlage automatisch aneinander angepasst und die Werte der Aufheizdynamik in etwa einander angeglichen. Ein manuelles Eingreifen ist nicht notwendig. Die Werte der Aufheizdynamik stellen auch deswegen eine besonders geeignete Bestimmungsgröße für die hydraulischen Eigenschaften der Heizungsanlage dar, weil sie die dynamische Heizsituation berücksichtigen und nicht nur eine absolut erreichbare Raumtemperatur.
Dabei kann die Regulierung der Heizkörperventilstellung vorzugsweise durch den insbesondere von einer Heizkörperregelung verwendeten Hub des Heizkörperventils erfolgen. Wenn der maximal verwendete Ventilhub für einen überversorgten Heizkörper begrenzt wird, hat dies zur Folge, dass auch bei einem gewünschten Aufheizvorgang weniger Heizfluid in den Heizkörper gelangt. Durch diese Begrenzung erhöht sich automatisch der Differenzdruck an hydraulisch ungünstiger gelegenen Heizkörpern in dem geschlossenen Heizungssystem. Dies führt zu einem optimierten hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage, deren Heizverhalten sich dadurch erheblich verbessert.
Entsprechend betrifft die Erfindung gemäß Anspruch 8 ein System zur Detektion eines hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage mit fluiddurchströmten Heizkörpern. Das System wird durch eine zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtete Vorrichtung gebildet und weist eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Raumtemperatur eines durch einen Heizkörper beheizten Raumes, einer Heizkörpertemperatur und/oder einer Ventilstellung eines Heizkörperventils, eine Recheinheit zum Ermitteln eines die thermische Dynamik des durch den Heizkörper geheizten Raums anzeigenden Kennwerts aus der erfassten Raumtemperatur, Heizkörpertemperatur und/oder Ventilstellung sowie eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich eines Kennwerts mit den Kennwerten anderer Räume bzw. Heizkörper und/oder mehrerer zeitlich aufeinander folgende Kennwerte eines Heizkörpers auf. Die Recheneinheit und/oder die Vergleichseinheit, die bspw. in einen gemeinsamen oder verschiedene Mikroprozessor(en) aufgenommen sein können, sind zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet. Im Falle eines gemeinsamen Mikroprozessors kann das System eine Zentrale mit einer Recheneinheit aufweisen, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist. Dabei kann die Zentrale eine Wohnungsraumtemperaturregelung, eine Verbrauchswerterfassungseinrichtung und/oder eine Wohnungszentrale zur Temperaturregelung oder -erfassung sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erfassungseinrichtung in einen Heizkostenverteiler und/oder eine Einzelraumtemperaturregelung bspw. in Form eines Heizkörper-Raumtemperaturreglers integriert ist, da derartige Systeme in einer Vielzahl von Wohnungen ohnehin vorhanden sind, so dass der erfindungsgemäße hydraulische Abgleich bspw. durch Installation entsprechender Programme in bestehenden Systemen umgesetzt werden kann. In diesem Sinne kann auch die Recheneinheit in eine Einzelraumregelung und/oder eine Verbrauchswert- bzw. Heizkostenerfassungseinrichtung und/oder eine zentrale Steuereinheiten und/oder Datensammler integriert sein.
Sofern bspw. mehrere Wohnungen durch einen gemeinsamen Heizkreis, d.h. ein zusammenhängendes hydraulisches System, versorgt werden, ist es sinnvoll, dass mehrere Einzelraumregelungen, Verbrauchswert- bzw. Heizkostenerfassungseinrichtungen und/oder die zentrale Steuereinheit insbesondere des Heizkreises oder der Heizungsanlage miteinander kommunizieren, damit die einzelnen Kennwerte verglichen werden können. Die Kennwerte können dabei zentral in der gemeinsamen Steuereinheit oder dezentral in den jeweiligen Recheneinheiten der Einzelraumregelungen und/oder Verbrauchswert- bzw. Heizkostenerfassungseinrichtungen bestimmt werden.
Schließlich weist das System vorzugsweise eine Steuereinrichtung zur Einstellung des Ventilhubs der Heizkörperventile auf, damit der hydraulische Abgleich unmittelbar erfolgen kann. Der hydraulische Abgleich kann insbesondere durch Einstellung des Ventilhubs eines Heizkörpers erfolgen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung.
Es zeigen:

Fig. 1: einen Signalflussplan für die Ermittlung von Kennwerten zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs;
Fig. 2: Kenngrößen zur Bestimmung der Aufheizdynamik;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Zweirohr-Heizungsanlage mit einem erfindungsgemäßen System zur Detektion und ggf. Durchführung eines hydraulischen Abgleichs;
Fig. 4: eine schematische Darstellung der Kommunikationsverbindungen des erfindungsgemäßen Systems gemäß Fig. 3;
Fig. 5: den Zusammenhang zwischen dem relativen Ventilhub und dem Durchfluss (relativer Volumenstrom) bzw. dem relativen Ventilhub und der Wärmeabgabe (relative Heizkörperleistung) eines Heizkörpers (Radiator) bei verschiedenen Ventilautoritäten zwischen a = 1 und a = 0,1 und
Fig. 6: den Zusammenhang zwischen dem relativen Heizflächen-Massenstromverhältnis und dem Heizflächenversorgungszustand.

In Fig. 1 ist schematisch ein Signalflussplan der Erfindung dargestellt, nach dem ein Kennwert für jeden durch einen Heizkörper geheizten Raum ermittelt werden kann, welcher die thermische Dynamik dieses durch den Heizkörper geheizten Raums anzeigt.
Dazu wird mittels eines Temperatursensors die Temperatur ϑ in einem durch den Heizkörper geheizten Raum und/oder an dem Heizkörper selbst gemessen und einer Recheneinheit 1 zugeführt, in der das Verfahren zur Ermittlung des dynamischen Kennwerts implementiert ist, welcher für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs verwendet wird. Bei der gemessenen Temperatur ϑ kann es sich um eine Raumtemperatur ϑ_Raum oder bspw. mit einer Verbrauchswerterfassungseinrichtung (Heizkostenverteiler) gemessene Heizkörpertemperaturen ϑ_HKV1, ϑ_HKV2 handeln. Außerdem kann die relative Hubstellung h eines Heizkörperventils, d.h. dessen relativer Öffnungsgrad, erfasst werden.
Diese Angaben werden unter Zugrundelegung eines Übertragungsglieds bzw. einer Differentialgleichung D(ϑ) in der Recheneinheit 1 verwendet, um für jeden Heizkörper eine dynamische Kenngröße zu ermitteln. Diese Kenngröße kann die Aufheizdynamik k_therm, die Totzeit t_T, eine Zeitkonstante T, eine Verstärkung K oder ein Heizkörper-Versorgungszustand VZ, eine (korrigierte oder unkorrigierte) Heizkörper-Übertemperatur Δ_log bzw. deren zeitliche Ableitung sein.
Für die Bestimmung der Aufheizdynamik k_therm werden zu Beginn einer von außen definiert vorgegenenen Aufheizphase die Zeit t_Start und die Isttemperatur ϑ_Start gespeichert. Sobald die Solltemperatur ϑ_Soll erreicht ist, wird die Aufheizzeitdynamik k_therm berechnet.
Diese ergibt sich aus dem Temperaturanstieg Δϑ = ϑ_Soll - ϑ_Start während der Aufheizphase und der dafür benötigten Zeit Δt = t_Ende - t_Start, so dass $k_{therm} = {}^{Δ ϑ}{/_{Δ t}}$
gilt. Die Aufheizdynamik k_therm gibt also an, wie schnell die Temperatur in dem Raum ansteigt, und stellt somit eine wesentliche dynamische Kenngröße dar.
Eine Variante besteht darin, zunächst eine Totzeit t_T und anschließend die Aufheizdynamik k_therm für den folgenden Temperaturanstieg zu ermitteln, wobei die Totzeit t_T die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine Aufheizphase vorgegeben wird, und dem Feststellen eines Temperaturanstiegs ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es erst nach einer gewissen Verzögerung zu einem Temperaturanstieg kommt. Eine große Totzeit t_T bedeutet hierbei eine schlechte Versorgung des Heizkörpers und kann somit auch als dynamischer Kennwert dienen.
Eine Übersicht über die Bedeutung der vorstehenden Größen kann der Temperatur-Zeit-Diagramm der Fig. 2 entnommen werden.
Weiterhin ist es möglich, den Aufheizvorgang durch eine Differentialgleichung D(ϑ) bzw. durch ein dynamisches Übertragungsglied erster, zweiter oder höherer Ordnung darzustellen und die Parameter der Differentialgleichung D(ϑ) oder des Übertragungsgliedes mit bekannten Identifikationsverfahren zu schätzen und daraus die Aufheizdauer bzw. die Startzeit t_Start der Aufheizphase vor dem Sollwertsprung und schließlich die Aufheizdynamik k_therm zu berechnen. Dies führt zu einer beschleunigten Konvergenz in einer iterativen Berechnung der Aufheizdynamik k_therm. Beispielsweise folgt aus der Differentialgleichung D(ϑ) für das Raumluftverhalten bzw. eine Heizkörpertemperatur $\dot{ϑ} (t) + \frac{1}{T} \cdot [ϑ (t) - ϑ (t_{0})] = \frac{K \cdot h}{T}$

der Zusammenhang ${\overline{k}}_{therm} = \frac{K \cdot h}{Δ t} \cdot {1 - \exp [- (t - t_{0}) / T]}_{Δt > 4 T} \approx \frac{K \cdot h}{Δt} = \frac{Δ ϑ_{Raum}}{Δt}$

zwischen der Aufheizdynamik k_therm und den Kenngrößen Verstärkung K, Zeitkonstante T, relativer Ventilhub h, und Aufheizdauer Δt = t_Ende - t_Start der Differentialgleichung D(ϑ).
Ist der Ventilhub h nicht bekannt, muss anstelle der Verstärkung K das zeitvariable Produkt K*h geschätzt werden. Dies führt zu einer Verringerung der Konvergenzgeschwindigkeit des Verfahrens. Daher ist die Kenntnis des Ventilstellhubes h von Vorteil, aber nicht Bedingung für die Umsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Berechnung der Aufheizdynamik k_therm und der Totzeit t_T erfolgt typischerweise iterativ. Die neuen Werte der Aufheizzeitkonstanten k_therm, Totzeiten t_T oder der übrigen Parameter müssen nicht direkt übernommen werden, sondern können mit den alten Werten gewichtet werden. Dadurch wird verhindert, dass die Werte sich zu schnell ändern. Der Einfluss von Störungen (z.B. Fremdwärmeeinfluss während der Aufheizphase) wird so verringert.
In Fig. 3 ist ein System zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage 2 mit fluiddurchströmten Heizkörpern 3 dargestellt, die über ein Zweirohrsystem 4 mit einer Vorlaufleitung 5 und einer Rücklaufleitung 6 an einen zentralen Wärmeerzeuger 7 angeschlossen sind. Das Zweirohrsystem 4 erstreckt sich durch mehrere Wohnungen 8 und versorgt eine Vielzahl von Heizkörpern 3. Daher können an den Heizkörpern 3 unterschiedliche hydraulische Bedingungen herrschen, die geeignet abgeglichen werden sollten.
Hierzu ist an jedem Heizkörper 3 ein Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 mit einer Erfassungseinrichtung 10 vorgesehen, welche die Raumtemperatur ϑ eines durch einen Heizkörper 3 beheizten Raumes und die Ventilstellung h eines Heizkörperventils 11 erfasst, auf welches der Heizkörper-Temperaturregler 9 einwirkt. Alternativ oder zusätzlich sind an den einzelnen Heizkörpern 3 Verbrauchswerterfassungseinrichtungen 13 zur Messung von Heizkörpertemperaturen ϑ, wie bspw. einer Heizköperoberflächen-, Heizkörpervorlauf- und/oder Heizkörperrücklauftemperatur, vorgesehen. Ferner kann ein Temperatursensor 14 zur Erfassung der Vorlauftemperatur in der Heizungsanlage 2 zur Bestimmung von aus den erfassten Temperaturen abgeleiteten Größen, wie bspw. eines Heizkörper-Vorsorgungszustands VZ, vorgesehen sein.
Bspw. die Raumtemperatur ϑ und die Ventilstellung h sendet der Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 bspw. mittels Funkkommunikation an eine der jeweiligen Wohnung 8 zugeordneten zentralen Steuereinheit 12 (Steuerzentrale), welche auch untereinander kommunizieren. Entsprechendes gilt für die Verbrauchswerterfassungseinrichtungen 13 bzw. den Temperatursensor 14. Jede oder eine Steuerzentrale 12 ist mit einer nicht dargestellten Recheneinheit versehen, welche zu jedem Heizkörper 3 einen die thermische Dynamik eines durch den Heizkörper 3 geheizten Raumes anzeigenden Kennwert ermittelt. In einer Steuerzentrale 12 ist ferner eine ebenfalls nicht dargestellte Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche alle ermittelten Kennwerte vergleicht, um einen Rückschluss auf das hydraulische Verhalten der Heizungsanlage 2 zu ziehen. Daraufhin werden ausgehend von dieser Steuerzentrale 12, ggf. über weitere Steuerzentralen 12 die Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 angesprochen, um durch Vorgaben für die Ventilstel-lungen der Heizkörperventile 11 bspw. den maximalen Hub zu begrenzen und so einen hydraulischen Ausgleich zu schaffen.
Die entsprechenden Kommunikationswege zwischen den einzelnen Heizkörper-Raumtemperaturreglern 9 und den Steuerzentralen 12 sind in Fig. 4 noch einmal erläuternd dargestellt, wobei die Doppelpfeile eine bidirektionale Kommunikation anzeigen. Das System weist mehrere dezentrale Steuereinheiten 12 auf, denen jeweils mehrere Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 und/oder Verbrauchserfassungsgeräte 13 zugeordnet sind. Zwischen Heizkörper-Raumtemperaturreglern 9 und zugeordneter Steuereinheit 12 besteht eine bidirektionale Kommunikationsverbindung. Zwischen Verbrauchserfassungsgeräten 13 und zugeordneter Steuereinheit 12 besteht eine uni- oder bidirektionale Kommunikationsverbindung. Zwischen den dezentralen Steuereinheiten12 bestehen ebenfalls bidirektionale Kommunikationsverbindungen. So kann eine entsprechend konfigurierte Steuereinheit 12 die Auswertung der Aufheizdynamik k_therm für das gesamte System übernehmen und sich bspw. aus der Auswertung ergebende Maximalhubwerte h_max für die Heizkörperventile 11 einzelner Heizkörper 3 über die entsprechenden dezentralen Steuereinheiten 12 wieder an die Heizköperregler 9 übermitteln, welche diese Werte dann bei der Temperaturregelung berücksichtigen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform begrenzt. So ist es bspw. möglich, statt der Funkkommunikation eine andere Kommunikationsart zu wählen. Außerdem können sich die erfindungsgemäß benötigten Erfassungseinrichtung, Recheneinheit und Vergleichseinheit in anderen als den vorbeschriebenen Geräten befinden. Das beschriebene System ist lediglich besonders vorteilhaft, weil Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 mit Temperatursensoren bzw. Verbrauchswerterfassungseinrichtungen 13 und Steuerzentralen 12 bspw. im Rahmen einer Raumtemperaturregelung und/oder Heizkostenerfassung ohnehin vorhanden sind, so dass die Erfindung ohne oder nur mit geringem zusätzlichen Hardwareaufwand umgesetzt werden kann.
Nachfolgend wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens noch einmal konkret am Beispiel der Aufheizdynamik k_therm beschrieben. Das Verfahren basiert auf der Berechnung und Bewertung der Aufheizdynamik k_therm für jeden Heizkörper 3. Die Aufheizdynamik k_therm gibt an, wie schnell sich der den Heizkörper 3 umgebende Raum aufheizt. Ist die Aufheizdynamik k_therm eines Heizkörpers 3 stets vergleichsweise klein, kann auf einen hydraulisch ungünstigen Abgleich dieses Heizkörpers 3 im Vergleich zu den anderen Heizkörpern 3 der Heizungsanlage 2 geschlossen werden. Das Verfahren kann entsprechend mit den anderen angegeben Kennwerten realisiert werden.
Die Aufheizdynamik k_therm wird für jeden Heizkörper 3 von einem elektronischen Heizkörper-Raumtemperaturregler 9, einer Verbrauchswerterfassungseinrichtung 13 oder von einer dezentralen bzw. zentralen Steuereinheit 12 berechnet. Die an den Heizkörperventilen 11 angebrachten Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 erfassen dafür die Raumluft-Isttemperatur ϑ_Ist oder ggf. auch zusätzlich den Ventilstellhub h und senden diese Werte an mindestens eine Steuereinheit 12. Ebenso kann die benötigte Isttemperatur ϑ_Ist auch von anderen geeigneten Geräten, wie etwa von Raumtemperatursensoren oder elektronischen Heizkostenverteilern als Verbrauchswerterfassungseinrichtungen 13, an die Steuereinheiten 12 oder auch an die Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 übermittelt werden. Die Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 oder die Steuereinheiten 12 berechnen aus den empfangenen Messwerten zyklisch die Kennwerte der thermischen Raumdynamik inklusive der Aufheizdynamik k_therm für jeden Heizkörper 3. Vorteilhaft ist die Berechnung dieser Kennwerte aus Messwerten während der Aufheizphase vor oder nach einem Solltemperatursprung. Werden die Kennwerte der thermischen Raumdynamik inklusive der Aufheizdynamik k_therm von den Heizkörper-Raumtemperaturreglern 9 oder von einem anderen (elektronischen) Gerät ermittelt, so übermitteln diese die Ergebnisse an eine dezentrale oder an eine zentrale Steuereinheit 12. Alle Berechnungsergebnisse werden vorzugsweise an eine ausgezeichnete zentrale Steuereinheit 12 übermittelt. Diese erzeugt eine Liste aller dynamischen Kennwerte inklusive der Aufheizdynamik k_therm aller Heizkörper 3 und führt eine Bewertung einschließlich eines Vergleichs dieser Kennwerte durch. Aus der Bewertung der dynamischen Kennwerte und insbesondere der Aufheizdynamik k_therm wird auf den hydraulischen Abgleich der Heizkörper 3 geschlossen. Insbesondere können auf Basis der Aufheizdynamik k_therm die hydraulisch ungünstig gelegenen Heizkörper 3 ermittelt werden.
Der Einfachheit halber beziehen sich die nachfolgenden Ausführungen nur auf die Aufheizdynamik k_therm. Sie gelten analog auch für Totzeiten bzw. für Parameter der Differentialgleichungen oder Übertragungsglieder.
In der zentralen Steuereinheit 12 erfolgt ein Vergleich der Aufheizdynamiken k_therm aller Heizkörper 3. Aus diesem Vergleich folgt die Information über den hydraulischen Abgleich der Heizkörperventile 11. Liegen alle Werte der Aufheizdynamik k_therm in dergleichen Größenordnung, so zeigt dies ein gleichmäßiges Aufheizen aller Räume an. Dies bedeutet, das alle Räume gleichmäßig mit Wärme versorgt werden und der hydraulische Abgleich der Heizungsanlage 2 stimmt.
Liegt eine große, absolute oder relative Differenz zwischen den Werten der Aufheizdynamik k_therm vor, bedeutet dies ein ungleichmäßiges Aufheizen. Die Ursache hierfür muss nicht unbedingt in einem schlechten hydraulischen Abgleich liegen. Es können auch andere Ursachen in Frage kommen, z.B. Störeinflüsse wie ein geöffnetes Fenster oder schlechte Anpassung der Heizkörperleistung an den Wärmebedarf des Raumes. So kann beispielsweise ein für den zu heizenden Raum zu klein dimensionierter Heizkörper 3 ein langes Aufheizen zur Folge haben, während ein zu groß dimensionierter Heizkörper 3 ein schnelles Aufheizen zur Folge hat.
Es ist daher von Vorteil, die Werte der Aufheizdynamik k_therm über einen gewissen Zeitraum zu mitteln, z.B. durch arithmetische oder gleitende Mittelwertbildung, um Störeinflüsse zu minimieren. Liegen auch die Mittelwerte der Aufheizdynamik k_therm zu weit auseinander, so deutet dies auf einen schlechten hydraulischen Abgleich oder falsch dimensionierte Heizkörper 3 hin.
Zur Unterscheidung zwischen schlechtem hydraulischem Abgleich und falscher Dimensionierung der Heizkörper 3 lässt sich erfindungsgemäß noch die in Fig. 2 definierte Totzeit t_T heranziehen. So wird bei einem schlechten hydraulischen Abgleich mit höherer Wahrscheinlichkeit zunächst eine Totzeit t_T festzustellen sein, bevor die Raumtemperatur ansteigt. Bei einem falsch dimensionierten, aber gut abgeglichenen Heizkörpern 3 wird ein Temperaturanstieg ohne lange Totzeit t_T festzustellen sein.
Alternativ können anstelle der Aufheizdynamik k_therm auch die Parameter K (Verstärkung) und T (Zeitkonstante) bzw. das Verhältnis K/T ausgewertet werden. Dieses Ausführungsbeispiel fällt nicht unter den Schutzbereich der Ansprüche. So kann aus vergleichsweise kleiner Verstärkung und großer Zeitkonstante, also aus kleinem Verhältnis K/T, auf schlechten hydraulischen Abgleich und aus vergleichsweise großer Verstärkung und kleiner Zeitkonstante, also aus großem Verhältnis K/T, auf guten hydraulischen Abgleich des entsprechenden Heizkörpers 3 geschlossen werden. Ferner kann das insbesondere zeitliche Verhalten von Heizkörpertemperaturen 9 oder Heizkörper-Versorgungszuständen VZ betrachtet werden.
Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem relativen Heizflächen-Massenstromverhältnis, welches wie in Fig. 5 dargestellt mit dem relativen Ventilhub korreliert ist, und einem Heizflächenversorgungszustand. Das Sollwert-Massenstromverhältnis ist in diesem Beispiel so gewählt, dass bei 40% des relativen Massenstromverhältnisses (bezogen auf den Nennmassenstrom) der Heizflächenversorgungszustand bei Null liegt, d.h. eine optimale Wärmeversorgung vorliegt. Eine thermische Überversorgung an der Heizfläche, d.h. ein Heizflächenversorgungszustand . >0, entspricht einen niedrigeren Heizflächen-Massestromverhältnis und eine thermische Unterversorgung an der Heizfläche, d.h. ein Heizflächenversorgungszustand <0, entspricht einem höheren Heizflächen-Massestromverhältnis als 40%. Entsprechend der in Fig. 6 dargestellten, linearisierten Abhängigkeit kann daher durch Auswertung der Heizflächenversorgungszustandstendenz auf den Zustand des aktuellen hydraulischen Abgleichs der einzelnen Heizflächen geschlossen werden. Bei einer hydraulisch korrekt abgeglichenen Heizfläche folgt aus einer Vorlauftemperaturreduzierung ein steigendes Heizflächen-Massenstromverhältnis und damit ein sinkender Heizflächenversorgungszustand. Durch die Beobachtung dieses Zusammenhangs kann auf den hydraulischen Zustand der verschiedenen Heizflächen geschlossen werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn im Rahmen einer Wärmeleistungsadaptionsregelung der Versorgungszustand der einzelnen Heizflächen ohnehin ermittelt wird.
Von Vorteil insbesondere für das Startverhalten des Verfahrens ist, wenn alle Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 zum gleichen Zeitpunkt eine Aufheizphase, bedingt durch einen Solltemperatursprung in positiver Richtung, beginnen. Ist dieser Zustand durch die Einstellung von Heizkörper-Raumtemperaturregler-Zeitprofilen nicht möglich, kann in der zentralen Steuereinheit 12 ein entsprechender Befehl ausgelöst werden. Die Ausführung dieses Befehls führt dazu, dass alle Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 nahezu gleichzeitig eine Aufheizphase durchführen.
Voraussetzung für die Durchführung des Verfahrens ist, dass die Heizungsanlage 2 eingeschaltet ist und ausreichend Wärme zum Aufheizen der Räume zur Verfügung stellt.
Stellt das System fest, dass ein schlecht abgeglichenes hydraulisches Rohrsystem 4 der Heizungsanlage 2 vorliegt, besteht die Reaktion darin, den Hubweg h der Heizkörperventile 11 von Heizkörpern 3 mit größeren Werten der Aufheizdynamik k_therm (entspricht einer schnellen Aufheizung des Raumes und somit einer guten Wärmeversorgung) bspw. im Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 zu begrenzen. Die Begrenzung erfolgt in einem iterativen Prozess so lange, bis die Aufheizdynamiken k_therm aller Heizkörper 3 in etwa gleich sind. Eine parametrierbarer Mindesthub h_min darf dabei nicht unterschritten werden.
Durch die Begrenzung des Hubwegs h wird der Durchfluss des Wärmeträgers durch einen Heizkörper 3 mit einem größeren Wert der Aufheizdynamik k_therm also begrenzt. In Folge steht den schlecht abgeglichenen Heizkörpern 3 eine größere Menge des Wärmeträgers zur Verfügung. Zur Begrenzung des Hubweges h wird dem entsprechenden Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 ein Maximalwert h_max für den Hub übermittelt. Im normalen Regelbetrieb wird der Heizkörper-Raumtemperaturregler 9 diesen Maximalwert h_max nicht überschreiten.
Beim Vorliegen eines zu groß dimensionierten Heizkörpers 3 kann auch der Hubweg h des Heizkörper-Raumtemperaturreglers 9 begrenzt werden, wodurch die maximale Wärmeabgabe dieses Heizkörpers 3 ebenfalls begrenzt wird.
Die vom System gewonnenen Informationen über den hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage 2 können in geeigneter Form aufbereitet dem Nutzer zur Verfügung gestellt werden. Dies kann beispielsweise durch eine Anzeige an einer zentralen Steuereinheit 12 erfolgen. Der Nutzer kann sich so über den aktuellen Zustand der Anlage informieren und gegebenenfalls von Hand Nachjustierungen, wie etwa die Änderung der Ventil-Voreinstellung, vornehmen.
Durch das ständige Überwachen der Aufheizdynamik ermöglicht das Verfahren eine automatische Anpassung an wechselnde hydraulische Verhältnisse. Daher wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und das entsprechend zur Durchführung dieses Verfahrens eingerichtete System eine einfach handhabbare Möglichkeit zum automatischen Abgleich einer Heizungsanlage geschaffen, die insbesondere auch automatisch aktuell gehalten werden kann, ohne dass ein manueller Abgleich erforderlich ist.

Bezugszeichenliste:

1: Recheneinheit
2: Heizungsanlage
3: Heizkörper
4: Zweirohrsystem, Fluidströmungssystem
5: Vorlaufleitung
6: Rücklaufleitung
7: Wärmeerzeuger
8: Wohnungen
9: Heizkörper-Raumtemperaturregler
10: Erfassungseinrichtung
11: Heizkörperventil
12: Steuerzentrale, Steuereinheit
13: Verbrauchswerterfassungseinrichtung, Heizkostenverteiler
14: Vorlauf-Temperatursensor

ϑ: Raum- bzw. Heizkörpertemperatur
ϑ_Start: Temperatur bei Start der Aufheizphase
ϑ_Ende: Temperatur bei Ende der Aufheizphase (gewünschte Solltemperatur)
ϑ_Soll: Solltemperatur
ϑ_Ist: Isttemperatur
t_Start: Zeit bei Start der Aufheizphase
t_Ende: Zeit bei Ende der Aufheizphase
ϑ(t): Differentialgleichung, Übertragungsglied
k_therm: Aufheizdynamik
t_T: Totzeit
h: Ventilstellung, Hub eines Heizkörperventils
VZ: Heizflächen-Versorgungszustand
Δ_log: Heizkörperübertemperatur

Claims

Verfahren zur Detektion des hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage (2) mit über ein Fluidströmungssystem (4) verbundenen Heizkörpern (3), wobei für jeden Heizkörper (3) ein die thermische Dynamik eines durch den Heizkörper (3) geheizten Raums anzeigender Kennwert ermittelt wird und die Kennwerte mehrerer Heizkörper (3) und/oder mehrere zeitlich aufeinander folgende Kennwerte eines Heizkörpers (3) zur Erkennung einer hydraulischen Über- oder Unterversorgung eines Heizkörpers (3) miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raumtemperaturerhöhung vorgegeben wird und dass als Kennwert eine Aufheizdynamik (k_therm ), welche durch die Vorgabe einer Raumtemperaturerhöhung und eine Messung der für das Aufheizen benötigten Zeit ermittelt wird, und oder als Kennwert die Totzeit (t_T) zwischen der Vorgabe zur Erhöhung der Raumtemperatur (ϑ) und dem Beginn eines Aufheizvorgangs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als zusätzlicher Kennwert die zeitliche Änderung von Heizkörpertemperaturen (ϑ, Δ_log) und/oder Heizkörper-Versorgungszuständen (VZ) verwendet wird, wobei der Heizkörper-Versorgungszustand (VZ) eine aus einer Heizkörpertemperatur (ϑ, Δ_log) und/oder aus der Ventilstellung des Heizkörpers (3) abgeleitete Größe ist, welche den Wärmebedarf des Heizkörpers (3) anzeigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufheizvorgang durch ein dynamisches Übertragungsglied und/oder eine Differentialgleichung D(ϑ) erster, zweiter oder höherer Ordnung dargestellt wird und die Parameter des Übertragungsglieds und/oder der Differentialgleichung D(ϑ) mit Identifikationsverfahren geschätzt und daraus die Aufheizdauer und/oder die Startzeit der Aufheizphase vor dem Sollwertsprung und die Aufheizdynamik (k_therm ) berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte gleichzeitig für alle Heizkörper (3) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte bei jeder Temperaturänderung an einem Heizkörper (3) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des hydraulischen Abgleichs iterativ erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Detektion des hydraulischen Abgleichs bzw. Zustands ein hydraulischer Abgleich insbesondere mittels Regulierung der Fluidströmung durch einzelne Heizkörper (3) nach Erkennen einer hydraulischen Über- oder Unterversorgung des Heizkörpers (3) durchgeführt wird.
System zur Detektion eines hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage (2) mit fluiddurchströmten Heizkörpern (3) mit einer Erfassungseinrichtung (10, 13) zum Erfassen der Raumtemperatur (ϑ) eines durch einen Heizkörper (3) beheizten Raumes, einer Heizkörpertemperatur (ϑ) und/oder einer Ventilstellung (h) eines Heizkörperventils, einer Recheinheit (1) zum Ermitteln eines die thermische Dynamik eines durch den Heizkörper (3) geheizten Raums anzeigenden Kennwerts aus der erfassten Raumtemperatur (ϑ), Heizkörpertemperatur (ϑ) und/oder Ventilstellung (h) und einer Vergleichseinrichtung zum Vergleich eines Kennwerts mit den Kennwerten anderer Heizkörper (3) und/oder mehrerer zeitlich aufeinander folgende Kennwerte eines Heizkörpers (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (1) und die Vergleichseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet sind.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung in einen Heizkostenverteiler (13) und/oder eine Einzelraumtemperaturregelung (10) integriert ist.
System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (1) in eine Einzelraumregelung und/oder eine Heizkostenerfassungseinrichtung und/oder eine zentrale Steuereinheit (12) integriert ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einzelraumtemperaturregelungen (10), Verbrauchswerterfassungseinrichtungen (13) und/oder die zentrale Steuereinheit (12) eines Heizkreises miteinander kommunizieren.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs insbesondere durch Einstellung des Ventilhubs (h) eines Heizkörperventils (11) vorgesehen ist.